中间态

退磁因子D不为零时超导态与正常态共存的状态或迈斯纳态与混合态共存的状态

中间态(intermediate state)是指退磁因子D不为零时超导态与正常态共存的状态(第一类超导体)或迈斯纳态与混合态共存的状态(第二类超导体)。当D不为零的第一类超导体处在外磁场中，由于超导体的磁化而使磁场分布发生变化，在超导体表面的某些区域(如赤道部分)先达到临界磁场而转变成正常态，其他部分仍然是超导态，出现超导态与正常态共存的中间态。

基本介绍

中间态(intermediate state)是退磁因子D不为零的第一类超导体处于外磁场中时，由于超导体的磁化使磁场分布畸变，结果产生不均匀的表面场，如图1所示。外场增加时，超导体表面某些区域首先达到临界磁场转变为正常态，而其它区域仍为超导态。这种超导态与正常态同时存在的状态称为中间态。

兰道首先分析了无限超导平板在横场中的情况，认为这时超导体将分成许多交替出现的超导相和正常相超导球附近的磁场分布薄层，称为层状结构模型。外场增加时正常相的体积增加，外场达到时全部转变为正常相。兰道认为，正常相薄层在超导体表面要变宽并分裂为许多更薄的层，称为分支层状结构。后来的实验证明了层状结构模型，但只在很少的情况下才能观察到类似于兰道的分支结构。

第一类超导体的中间态与第二类超导体的混合态，都是正常态与超导态之间的过渡阶段，但它们的内部结构不同。在退磁因子不为零的第二类超导中，迈斯纳态与混合态共存的状态也称为中间态。

中间态结构

为了便于处理问题，以椭球作为研究对象。对于椭球，当时，椭球可以化为球：当时椭球可以化为圆柱体。假设超导椭球体在外加磁场中被磁化，椭球内部磁介质的磁场强度为，则有

式中，称为退磁场，退磁场与椭球内磁化强度成正比

式中的比例系数n是退磁因子，表1列出了一些几何结构的退磁因子。

对于超导体，在超导态时，如果把式(2)代入式(1)，可以得到

从而得到

当椭球处于超导态时，其内部磁场强度可以写为。如果设超导

体的临界磁场为，当，那么，椭球处于正常态。当时，，椭球处于超导态。然而当时，称为超导体处于中间态。所谓中间态是指超导椭球界于正常态和超导态中间的一种状态，即整个超导椭球分割成正常层和超导层相互交替的结构( 见图2)。

S——超导区域；N——正常区域。

为了便于讨论中间态，引入平均磁感应强度

式中，为正常区内局域磁感应强度；是正常层部分所在的分数。

因此

由

得

由式(1)和式(2)，得到

由式(6)和式(8)，得到

注意：，超导体进人中间态劈裂成超导层和正常层结构，中间态结构中，在超导层和正常层共存的边界上磁场强度的大小等于，利用和，由式(10)可以得到

将此方程代人式(6)，得到

将上式代人(8)，得到

表1给出了中间态和外加磁场的关系。其中给出了外磁场时处于迈斯纳态，处于中间态以及处于正常态下这些参量的关系曲线。在中间态保持不变，；和在中间态随着外磁场的增加线性增加；随着外磁场的增加线性降低。通常曲线称为磁化曲线。应当指出，不管n值如何，当外磁场从零增加到时，磁化曲线的面积不变，总等于。

超导体

超导体特性

超导体具有完全导电性和完全抗磁性。这些有益的特性使超导在国民经济各方面具有广阔的前景。

完全导电性指进入超导态时没有电阻，超导电流将持续流动。进入超导态的超导体中有电流而没有电阻，说明超导体是等电位的，超导体内没有电场。如在室温下将超导体放到磁场中，冷却到临界温度以下使其进入超导态。这时如果将磁场移开，超导体中产生的感生电流由于没有电阻而长期存在，成为无衰减的电流。

超导态的另一个特性是它存在完全抗磁性。处于超导态的材料不管处于何种状态，磁感应强度均为0，称为迈斯纳效应。这说明处于超导态的超导体是抗磁体。此时超导体具有屏蔽磁场和排除磁通的功能。如图3所示，超导体做成圆球并使之处于正常态时，磁通通过导体；当球处于超导态时，磁通被排斥在外，内部磁场为0。

超导体处于超导态需要满足三个条件。①低于临界转变温度。超导体必须冷却到某一临界温度以下才能保持其电导性。显然，临界转变温度越高则实用价值越高。②低于临界磁场强度，施加给超导体的磁场必须小于某一临界磁场才能保持超导体的超导性能。③低于临界电流密度。超导体的电流密度必须小于某一临界

电流密度才能保持超导体的超导性。以上三个条件是彼此关联的，只有处于三个临界约束条件包围的三维空间中超导体才具有超导电性。

超导体的分类

按超导体的磁化特性可以分为两类。第一类超导体和第二类超导体。第一类超导体的特征为正常态直接过渡到超导态，无中间态，并且具有完全抗磁性。该超导体熔点较低、质地较软，也称软超导体，包括一些在常温下具有良好导电性的纯金属，如铝、镓、镉、锡、铟等。第一类超导体由于临界电流密度和临界磁场较低，因而实用价值不大。

第二类超导体与第一类超导体主要区别在于：由正常态转变为超导态时存在中间态，混合态中有磁通线存在，具有比第一类超导体更高的临界转变温度、更大的临界电流密度和更高的临界磁场强度。第二类超导材料也因此具有重大的实用价值。

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