Flux Pinning in Superconductors

این کتاب مکانیسم‌ها و خواص پین‌کردن شار و پدیده‌های الکترومغناطیسی ناشی از پین‌کردن شار رایج برای ابررساناهای فلزی، Tc بالا و MgB2 را پوشش می‌دهد. اندرکنش انرژی تراکم شناخته شده برای رسوبات معمولی یا مرزهای دانه و برهمکنش انرژی جنبشی پیشنهاد شده برای پین‌های Nb مصنوعی در Nb-Ti و غیره برای مکانیسم سنجاق‌سازی معرفی شده‌اند. تئوری های جمع برای استخراج چگالی جریان بحرانی به تفصیل مورد بحث قرار می گیرند. مغناطش برگشت ناپذیر و تلفات AC ناشی از پین کردن شار نیز مورد بحث قرار می گیرد. این تلفات در اصل از اتلاف اهمی الکترون‌های نرمال در هسته نرمال ناشی می‌شود که توسط میدان الکتریکی ناشی از حرکت شار ایجاد می‌شود.

خوانندگان متوجه خواهند شد که چرا با وجود چنین مکانیزمی، اتلاف حاصل از نوع هیسترزیس است. . تأثیر پین‌کردن شار بر نمودار فاز گردابی در ابررساناهای Tc بالا مورد بحث قرار گرفته و وابستگی‌های میدان برگشت‌ناپذیری نیز به مقادیر دیگری مانند ناهمسانگردی ابررسانا، اندازه نمونه و قدرت میدان الکتریکی توصیف می‌شود. پیشرفت‌های اخیر خواص جریان بحرانی در ابررساناهای مختلف با Tc بالا و MgB2 معرفی شده‌اند.

موضوعات دیگر عبارتند از: تکینگی در مورد جریان انتقال در یک میدان مغناطیسی موازی مانند انحراف از رابطه جوزفسون، شار برگشت‌پذیر حرکت در داخل پتانسیل های پینینگ که باعث انحراف از پیش بینی مدل حالت بحرانی می شود، مفهوم به حداقل رساندن اتلاف انرژی در پدیده پینینگ شار که مبنای مدل حالت بحرانی را ارائه می دهد و غیره. کاهش قابل توجه اتلاف AC در سیم های AC با بسیار زیاد رشته های ریز از حرکت شار برگشت پذیر که در پینینگ دو بعدی غالب است، سرچشمه می گیرند. مفهوم حداقل اتلاف انرژی همچنین رفتار اندازه دسته شار را توضیح می دهد که خط برگشت ناپذیری را در زیر خزش شار تعیین می کند.

ویرایش جدید به طور کامل به روز شده است، با بخش های جدید در مورد پیشرفت در افزایش جریان بحرانی. چگالی در ابررساناهای دمای بالا با معرفی مراکز سنجاق مصنوعی، تأثیر چگالی بسته‌بندی بر چگالی جریان بحرانی و میدان برگشت‌ناپذیری در MgB2 و استخراج معادله موازنه نیرو از کمینه‌سازی انرژی آزاد از جمله انرژی پین‌سازی.

The book covers the flux pinning mechanisms and properties and the electromagnetic phenomena caused by the flux pinning common for metallic, high-Tc and MgB2 superconductors. The condensation energy interaction known for normal precipitates or grain boundaries and the kinetic energy interaction proposed for artificial Nb pins in Nb-Ti, etc. are introduced for the pinning mechanism. Summation theories to derive the critical current density are discussed in detail. Irreversible magnetization and AC loss caused by the flux pinning are also discussed. The loss originally stems from the ohmic dissipation of normal electrons in the normal core driven by the electric field induced by the flux motion.

The readers will learn why the resultant loss is of hysteresis type in spite of such mechanism. The influence of the flux pinning on the vortex phase diagram in high Tc superconductors is discussed and the dependencies of the irreversibility field are also described on other quantities such as anisotropy of superconductor, specimen size and electric field strength. Recent developments of critical current properties in various high-Tc superconductors and MgB2 are introduced.

Other topics are: singularity in the case of transport current in a parallel magnetic field such as deviation from the Josephson relation, reversible flux motion inside pinning potentials which causes deviation from the critical state model prediction, the concept of the minimization of energy dissipation in the flux pinning phenomena which gives the basis for the critical state model, etc. Significant reduction in the AC loss in AC wires with very fine filaments originates from the reversible flux motion which is dominant in the two-dimensional pinning. The concept of minimum energy dissipation explains also the behavior of flux bundle size which determines the irreversibility line under the flux creep.

The new edition has been thoroughly updated, with new sections on the progress in enhancing the critical current density in high temperature superconductors by introduction of artificial pinning centers, the effect of packing density on the critical current density and irreversibility field in MgB2 and derivation of the force-balance equation from the minimization of the free energy including the pinning energy.