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超伝導について
超伝導体を液体窒素で冷却し、磁石に近づけるという浮遊実験をしました。 冷却時のことについて、磁場中冷却とゼロ磁場冷却とでは、何が違うのでしょうか？
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>なぜ超伝導体になったとたんにピン止めが起こるのですか？ ちゃんと説明するとピン止めに至るまでに一学期間講義する位の分量を要しますので、すごく大雑把な説明で御容赦ください。 超伝導になる前の常伝導状態では、磁場は一様に試料に侵入できます。これは、不純物がある場所も無い場所も、通常の金属では磁気的には均一だからです。（中には磁性超伝導体という変わった超伝導体もありますが。No.1の方が引かれているサイトで紹介されている超伝導体は、この磁性超伝導体です） しかし、超伝導状態になると、不純物の周辺では超伝導が弱められています。元々、超伝導は磁場と相性が悪いという性質があるので、超伝導体内部に侵入した磁束量子は超伝導の弱い不純物周辺に集まりたがります。 要するに、常伝導状態では磁気的に均一なのですが、超伝導になると、超伝導は磁場を嫌うという性質から、超伝導を弱めるような不純物がある場合は不純物の近くとその他の部分の磁気的性質が変わってしまい、結果として磁束はこの不均一の中の居心地の良いところに落ち着きます。これがピン止めの起源です。 実は人体の断層撮影に使うMRIのマグネットのように、超伝導体が磁場中で使えるということは、このピン止めのおかげなのです。ピン止めになるような不純物や欠陥を含まない、べらぼうに純粋な超伝導体というのは、実はあまり役に立たないんです。
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- vortexcore
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理想的な超伝導体では、磁場中で冷却しても、ゼロ磁場冷却した後に磁場をかけても何も変わらないのですが、現実の超伝導体では必ず「ピン止め」という現象があって事情が違います。 超伝導体（正確には第二種超伝導体）内部に磁場が侵入するときは、一様に入るのではなく、磁束量子という一定の大きさを単位として、バラバラに入ります。ピン止めというのは、不純物等によってこの磁束量子の運動が妨げられる効果です。磁場中で冷却したときは、超伝導になる前には磁場が一様に入っていますが、超伝導になった後、この磁場はピン止めのために外に出て行けません。ですから、この場合は超伝導体は普通の磁石と同じになってしまいます。（この効果を利用して、強い磁石を作る試みも行われています。） 一方、ゼロ磁場冷却した後に磁場をかけると、逆にピン止めのために磁場は中に侵入できません。ですから、磁石を近づけると反発します。浮遊実験をするには、ゼロ磁場冷却でないとうまくいかないはずです。鉛などを使って液体ヘリウム温度で行う浮遊実験ではこの限りではありませんが。 ちなみにNo.1の方が引いているサイトは超伝導と磁性の超専門家向けのものですので、理解できなくても気にすることはありません。
補足
ありがとうございます。 なぜ超伝導体になったとたんにピン止めが起こるのですか？
専門外ですが、以下の参考ＵＲＬサイトは参考になりますでしょうか？ 「弱強磁性超伝導体と自己誘起磁束格子」 ネット検索するといくつかHitするようですが・・・？ ご参考まで。
お礼
どうもありがとうございます。 大変分かりやすかったです。