弱磁场作用下变形超导体中波函数的研究

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高温超导体在磁场作用或者在加预应变等情形下,会导致超导体的变形,进而引起超导体的临界电流密度,临界磁场,临界温度等宏观特性的变化。在工程应用中,超导磁体在外界复杂电磁环境因素的影响下,会引发超导电流等特性的变化,进而引发其功能或安全引导问题。因此,关于复杂变形对超导特性影响的研究一直是这一领域理论与工程应用中关注的基础性课题。本文基于线变形理论,利用京茨堡-朗道理论研究了在弱磁场作用下变形超导体的波函数,得到了有效波函数和磁矢势的解析解。首先,修正了加入超导体体积变形影响后的有效自由能的表达式,在表达式中加入了两个由于超导体积变形影响引起的能量项,以及变形场与磁场的耦合项。其次,对于修正后的自由能表达式,利用拉格朗日变分原理推导出了考虑超导体体积变形的京茨堡-朗道方程。为了简单方便,忽略了超导体体积变形对自由能密度的系数和电子对质量的影响。再次,利用各向同性材料的特殊性,考虑了一维问题。在x>0的一个半无限平面的超导体,x=0为超导体的表面,在沿着z方向存在一个弱磁场的作用,在这些条件下,继续对修正的京茨堡-朗道方程进一步简化。参考有关文献的方法,对有关的参量进行无量纲化和标记,进一步将方程简化。由于处在弱磁场中,有效波函数的梯度变化比较平滑,在文中,近似为零。然后,对有效波函数和磁矢势关于弱磁场展开,并代入原来的方程,比较方程两边的相关系数,得到有关系数的表达式,结合边界条件,得到有效波函数和磁势的基本解。最后,对预应变效应对超导体波函数的影响进行了分析,结果表明,在弱磁场中,在预应变引起的体积变形影响下,预应变效应对两类超导体的超导电性有不同的影响。因此,超导体的超导电性不仅受外磁场的影响,还受到超导体体积变形的影响。
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