Материал: Справочное пособие по магнитным явлениям

одна его часть обладала сверхпроводимостью, а другая нет. В этом случае при увеличении напряженности поля диамагне­ тизм постепенно утрачивается, причем это происходит в виде последовательности дискретных скачков. При напряженностях поля, больших верхнего критического значения (# е2 на рис. 24.2), материалы второго рода приобретают диамагнетизм Паули, как и материалы первого рода.

Материал второго рода, на который воздействует внешнее магнитное поле с напряженностью в области между двумя кри­ тическими значениями, находится в так называемом очаговом состоянии, когда в нем имеются диамагнитные очаги, рас­ пределенные внутри основной недиамагнитной среды. Число и размеры этих очагов зависят от напряженности приложенного магнитного поля. При верхней критической напряженности поля все диамагнитные очаги разрушаются.

Все критические значения напряженности магнитного поля зависят от температуры. Верхнее критическое значение напря­ женности поля для некоторых материалов второго рода наблю­ дается при значительно более высокой температуре, чем макси­ мальная температура, при которой еще возможна сверхпро­ водимость любого материала первого рода.

24.3. СПИНОВОЕ СТЕКЛО

Термин спиновое стекло используется здесь для описа­ ния такого состояния вещества, когда оси магнетонов «замо­ раживаются» в виде структуры с неупорядоченными ориента­ циями частиц при температуре ниже некоторого критического значения. Эта критическая температура близка к абсолютному нулю. Термин «спиновое стекло» выбран по аналогии с физиче­ ским стеклом, под которым понимается почти твердое вещество с молекулами, замороженными в виде структуры с неупорядочен­ ным расположением частиц.

Замороженная структура с неупорядоченными ориентациями частиц, в спиновом стекле обладает свойствами, принципиально отличающимися от типичного ферромагнетизма, антиферромагне­ тизма и т. д., для которых характерно упорядочение направ­ лений осей магнетонов под влиянием обменных сил, и от пара­ магнетизма, для которого неупорядоченность имеет динамиче­ ский характер. Спиновое стекло можно представить себе как замороженную парамагнитную структуру. Температура Кондо соответствует границе раздела, ниже которой образуется спи­ новое стекло, а выше появляется парамагнетизм.

Образование спинового стекла наблюдается у некоторых сплавов, когда магнитное вещество в качестве примеси раство­ рено в основном немагнитном веществе. В этих сплавах взаимо­ действия между магнетонами фактически имеют место, однако

они слишком слабы, так как магнетоны отделены один от дру­ гого веществом-растворителем. Здесь свойства спинового стекла проявляются как совместное поведение магнетонов примеси.

Миктомагнетнзм — это еще одно явление, происходящее в спиновом стекле некоторых типов, когда скопления магнето­ нов замораживаются в виде упорядоченных ферромагнитных или ферримагнитных структур. Эти скопления различаются по своим размерам и по направлению магнетонов, они распреде­ лены более или менее случайным образом по объему вещества, заполненному в основном магнетонами спинового стекла со слу­ чайно распределенными ориентациями.

24.4. ЭФФЕКТ КОНДО

Эффект Кондо состоит в том, что удельное сопротивление

нитном основном металле рассеянные магнетоны взаимодейст­ вуют между собой через посредство электронов проводимо­ сти, которые обеспечивают как перенос электрического заряда, так и упорядочение магнетонов по ориентациям. В то же время магнетоны служат источником магнитного поля и способствуют рассеянию электронов проводимости.

ние (рис. 24.3). При более высоких температурах тепловая ак­ тивность нарушает упорядоченность ориентаций магнетонов, а при более низких температурах электроны проводимости те­ ряют свою способность передавать обменные силы. Температура Кондо зависит от концентрации ионных магнетонов и приблизи­ тельно пропорциональна этой концентрации в степени 1/5.

Рис. 24.3. Эффект Кондо. Удель­ ное сопротивление некоторых ве­ ществ достигает минимума при температуре, близкой к абсолют­

утраты обменных сил; 2 — увеличе­ ние рассеяния под влиянием тепло­ вых сил

Если проволока, изогнутая в форме замкнутого контура, по­ мещена между полюсами магнита, то часть магнитного потока, генерируемого магнитом, будет проходить через контур. Если за­ тем охладить проволоку до температуры сверхпроводимости и, сохраняя ее сверхпроводящее состояние, удалить контур от маг­ нита, то через него будет проходить тот же самый магнитный поток, который проходил первоначально вблизи магнита. Иначе говоря, магнитный поток «захватывается» контуром, находящим­ ся в сверхпроводящем состоянии, а механизм такого захвата магнитного потока называется эффектом Оннеса.

Захваченный магнитный поток поддерживается первоначаль­ но наведенным электрическим током, который продолжает течь в сверхпроводящем контуре. Поскольку этот ток можно заста­ вить протекать в любом из двух направлений (по часовой стрел­ ке или против часовой стрелки) в зависимости от направления исходного магнитного поля, эффект Оннеса используют при кон­ струировании запоминающих устройств вычислительных машин, причем одно направление тока выражает цифру 0, а другое направление — цифру 1.

24.6. КРИОТРОН

Криотрон представляет собой устройство, состоящее из двух сверхпроводящих катушек; ток в одной из катушек контро­ лирует наличие или отсутствие сверхпроводимости в другой катушке. Поскольку такое устройство имеет два устойчивых со­ стояния, его используют в конструкциях запоминающих устройств

Тантал, погруженный в жидкий гелий, приобретает свойство сверхпроводимости. Катушка из танталовой проволоки с безындуктивной намоткой может использоваться как переключающее устройство, которое представляет собой элемент с нулевым импедансом, когда находится в сверхпроводящем состоянии, и элемент с очень большим сопротивлением, когда находится в обычном состоянии. Переключение между этими двумя состояни­ ями осуществляется путем приложения или устранения внешнего магнитного поля с критической напряженностью. Такая танталовая катушка может быть найотана вокруг ферритового сердечни­ ка вместе со второй катушкой, несущей ток, который способен создавать магнитное поле с критической напряженностью. Уст­ ройство работает при температуре жидкого гелия, управление им осуществляется путем включения или выключения тока возбуждения.

Если танталовая катушка включена как шунтирующий эле­ мент на выходе термопары, то напряжение термопары будет за­ корочено, пока тантал находится в сверхпроводящем состоянии. Измерения при помощи термопары в низкотемпературных усло­ виях затруднены из-за относительно больших шумовых напря­ жений, генерируемых в соединительных проводах. Вольтметр указывает сумму напряжения термопары и напряжения шума, но в тот период, когда термопара зашунтирована, будет изме­ ряться только напряжение шума. Его можно затем вычесть из суммарного измеренного напряжения, чтобы в результате полу­ чить точное значение напряжения термопары.

24.8.ПЕРИОДИЧНОСТЬ МАГНИТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ВЕЩЕСТВА

Унекоторых веществ диамагнитная восприимчивость электро­ нов проводимости при очень низких температурах характеризует­ ся периодическими изменениями. Если составляющая приложен­ ного внешнего магнитного поля, перпендикулярная главной оси кристалла, возрастает, то магнитный момент периодически увеличивается и уменьшается, как показано на рис. 24.4. Это

явление называется эффектом де Гааза— Ван Альфена. С ним связано аналогичное изменение удельной электрической проводи­ мости, получившее название эффекта Шубникова — де Гааза.

25. КВАНТОВАНИЕ МАГНИТНОГО ПОТОКА

Эффект Мейсснера связан с тем, что диамагнетизм, обуслов­ ленный сверхпроводимостью, создает внутри тела магнитное поле, равное по абсолютной величине напряженности, но противоположное по направлению приложенному извне полю.