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大量的实验和理论结果表明二硼化镁是两能隙材料,其中一个能隙来自硼的Pxy轨道σ带反成键态,另一个来自硼的pz轨道π带成键和反成键态,其超导电性主要是由硼轨道电子提供。σ带中空穴与声子间的作用非常强,产生一个较大的能隙,x带的电子也会产生一个较小的超导能隙。由于能带结构的复杂性,在磁场中不同的能带电子会有不同的行为,表现出强烈的各向异性,因而在GL理论中应该考虑不同带有效质量的各向异性。
基于GL理论二带模型,考虑到能带有效质量的各向异性,我们讨论了二硼化镁超导体的上临界磁场、上临界磁场的各向异性比与角度、温度和相干长度的依赖关系。实验表明,通过掺杂或引入缺陷能增强上临界磁场Hc2,降低上临界磁场的各向异性,形成钉扎中心并增强临界电流密度Jc,不同的替代杂质对σ带和π带的带内散射有不同的影响。相干长度与掺杂程度密切相关,我们通过改变相干长度讨论了掺杂对上临界磁场的影响,理论计算结果与实验结果相符。
我们的主要结论如下:
(1)随着杂质的增多,超导体的有效相干长度减小,使上临界磁场增加;当温度接近临界温度时,超导电性减弱,相干长度对上临界磁场的影响减弱。上临界磁场与能带的各向异性有关,σ带比万带对上临界磁场的影响大。
(2)有效相干长度在较低温度下对温度和角度的依赖关系不是很明显,只在临界温度附近才表现的比较明显,随着外加磁场与轴夹角的增大有效相干长度逐渐减小。
(3)随着温度的增加,临界速率和临界电流密度减小,穿透深度则增加;随着角度的增加,临界速率和穿透深度增加,临界电流密度则减小。