Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Eschrig - Theory Of Superconductivity, A Primer

.pdf
Скачиваний:
14
Добавлен:
27.08.2013
Размер:
1.17 Mб
Скачать

THEORY OF SUPERCONDUCTIVITY

A Primer

by

Helmut Es hrig

Dire tor offorthe Institute for Solid State and Materersitals Researhnologyand Professor Solid State Physi s, Dresden Univ y of Te

These le ture notes are dedi ated, on the o assion of his eighties birthday on 4 July 2001,

to Musik Kaganov

who has done me the honor and delighpartof his friendship ver de ades and whom I we gr at of an attitude to ards Theoreti al Physi s.

2

Contents

 

 

 

 

 

 

 

1

INTRODUCTION

 

 

 

 

 

 

2

PHENOMENA, LONDON THEORY

 

 

1

 

Phen

. .

. . . . . . . . . .

 

 

2

2

 

Londomenatheory

 

3

3

 

Gauge symmetry, London gauge

 

THE THERMODYNAMICS OF THE PHASE TRANSITION

 

 

1

 

 

ergy .

 

 

 

 

 

 

 

2

 

Fr e Enthalpy

 

 

 

 

 

 

3

3

 

The the

 

i riti al eld

 

4

4

 

Heat aparmodynait jump

 

 

 

 

 

THE GINSBURG-LANDAU THEORY; TYPES OF SUPERCONDUCTORS

 

 

1

 

La dau theory .

 

 

 

 

 

 

 

3

 

Gin burg-Landau par meter

 

 

 

2

 

intermed

 

equ tions

 

 

 

1

 

 

 

ofboundaryMIXEDype s pe ondu tor

 

4

4

 

phas boundary . . . . . . . .

. . . . . . . . .

5

5

 

energy of the phase

 

 

INTERMEDIATE STATE,

 

STATE

 

5

3

 

ux line iate stateype

IIsuper ondu tor . . . .

 

6

2

 

Mixed state of type II

 

 

 

6

2

 

The . . Josephson e e t

 

 

 

JOSEPHSON EFFECTS

 

, quantum interferen e

 

 

1

 

d

 

ts

 

 

7

 

1

 

Slater

 

 

 

 

 

 

MICROSCOPIC THEORY: THE FOCK SPACE

 

 

3

 

O upationdeterminanumber representation

 

 

7

2

 

The F

k spa e

 

 

 

 

 

 

8

4

 

Field operators . . . . . . . . . . . . . . . . . .

MICROSCOPIC THEORY: THE BCS MODEL

 

8

1

 

 

Fermi liquid as

quasi-parti le gas

 

4

 

normalgoliubov-Valatin transformation

 

 

2

 

Cooper problem .

 

. . . . . . . . . .

9

 

3

 

 

Hamiltoni

 

MICROSCOPIC THEORY: PAIR STATES

 

 

1

 

BCS ground state

 

 

 

 

 

 

 

2

 

The pair fun tion . . .

 

. .

 

 

 

9.3

 

Non-zero temperature

 

 

 

10 MICROSCOPIC THEORY: COHERENCE FACTORS

 

 

 

1

 

modynam state

 

 

 

 

 

2

harge and spin moment densities

 

 

 

3

Ultraso

i attenuation

 

. .

. . . . . . . . 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 

10.4

The spin sus eptibility

 

4

56

1372

45

176

80

253

3278

375

89

420

67

512

553

76

1

 

 

 

 

INTRODUCTION

 

the phenom nologi al and

 

 

 

 

 

theo y of

 

 

 

r ondu tiv-

These le tu

 

 

 

 

 

 

intr du e in

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ity.

 

Nowhere anynotespe i

le trto

 

 

-

 

 

 

 

the mi ros opi

 

 

 

ha ism of super ondu tivity is

 

l

although

 

 

 

 

 

few o asions

 

 

 

 

 

 

 

in

 

 

 

 

 

 

 

 

ioned as an example.

The

 

 

 

presup

 

ositions

are ex lusiv ly guided by

 

 

 

 

 

 

andmek ptqualitativeto minimum in order to a rivmadeat

 

 

 

A

 

presen

there are indassumptionphonona of -phenomenaphonontera tion

 

 

 

of

 

 

 

 

 

 

 

 

ivity,

,

yet

 

 

 

is no

 

 

rd proof up to now.

 

The whole of this treatise w hanismsply to any me

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

indi ated m

di ati

 

ns, for

ns

anner

 

 

 

 

 

 

of the order parameter di er

 

 

t from isotroppossiblywhtheoreti th

resultsha been h

 

 

for thesimplesak f simpli it .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

readily

 

 

 

 

 

phen

reasonablyogi al approa h the te hni al presentation is standard throughout, so that

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

prime . For

 

ma

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

hanistreated. Referen es

 

 

 

This is

ba

 

onsidered phenomenon,ouldly the simplest as

are giv

 

 

 

 

i al

 

 

to the most

 

importansymmetryseminal

riginal

 

paperssuper. Despitondu the abo

 

 

mention

 

to the neededmenovel before they are

 

 

 

ed. Basi notions of Q

antum Theory

 

 

 

of

 

 

 

 

 

introdu ed

 

 

 

More

 

 

 

van ed

 

 

 

 

 

tools

 

 

 

 

eld quantization and the quasi-parti le on ept

 

 

 

 

properChaptery of the quantum ground state. Thermoelthe tri s, ele trodynami s andsupergaugeonduopertiestivitThermodynamiars

strimpat

 

 

 

to

the existing li eratu .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

In

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2,

 

aftertheoretishortal

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

of

 

 

essential

h nomena of

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

enum r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

leading tothe

 

 

 

 

 

 

 

 

 

of all

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

introduto yp ondensI II. The

as

 

 

 

 

phasethermodynamiagram of

London

 

he ryStatistiderivedal from

 

 

 

 

 

sole assumption that the super urren

 

 

 

ele tri al urr

 

is

(as well as

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Physi s in a few o asions) are presu

 

osed as known.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

With

 

 

 

 

 

help of simple

thermo

 

ynami

 

lations, the

 

 

 

 

 

ion

 

nergy, the

 

 

 

 

 

 

 

 

riti al

eld and the spe i heat are onsidere

 

in Chapter 3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dis ussed.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

for spatially inhomogeneous s tuations,

 

 

 

In Chapt r 4, the Ginsburg-Landau theory is

 

 

 

 

 

 

 

 

 

The

 

 

 

 

 

 

lassifourationpters aresuperdevotedondu torsthe simpl st p

enomen logsimplestal weak

 

 

 

 

 

 

 

 

an

 

 

 

 

 

Josephson e e ts

re qualitatively onsi

ered

 

the basis

of

 

 

G nsburg-Landau theory in

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ype II

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

is obtained in Chapter 5.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Chaptisotropi6. Both,

 

. . and a. . e e ts are treate .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f the phenomupling theoryn. F

understanding of

 

 

super ondutivity,tor

 

46 years after the exp rimental dis overy

of supe

ondu tivity

 

 

mi ros opi lev l, the BCS th ory whi h gavthehe rst

 

 

tum the reti al

this purpose,remainingChapter 7

 

Fo k spa e and the

 

 

of

 

quantizati

 

 

 

is introdu d. Then,

The

 

 

ture of thesuperhargedondubosoni ondeinsate, phenomenon eptlogi ally introdu d in

Chapter 2, is de ived

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8,

 

 

Coop

 

 

 

 

 

 

and the

BCS model are treat ldwith o

upationquanumber operators

of quasi-parti le states whitheoremlatter are

 

trodu ed

 

 

w rking appro

si

 

 

in Solid State

Physi s.

here the essential

 

sult. The treatise is losed withas onsideration of b

xamples oftemperaturethe impo tant

 

 

Chapter

9 as

 

 

 

 

ondensate of

 

 

 

 

 

 

 

 

pairs. The ex itation gap ximationfun tion of

 

 

 

 

 

 

 

is

uperpeausingulationsondu tivitpossible

 

auses of

 

sup r ondu tivity

 

shouladditionalprovidetheoristsnew ommer to thetroduele

notion of oherenthe

fa tors.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

symmetry, real stru ture feastures of

 

 

olid (for

 

 

 

 

 

 

By

 

pe ifying more details as lowCooperpoin

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

pinning

 

f vort x lines) and many more, a lot

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

onsideratio instanw ld

be possible

without

sp ifying

 

 

 

 

 

 

mi ro opi me hanism of the at ra tiv

 

inthera tion

 

 

 

to

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y.

 

However, thes

 

 

are

just

the

 

 

 

f

one-termtheoretiw -hoursal

le ture

toleading

y

 

to the spirit of this kind of theortheti al approa h,notes only

 

 

 

ressing

 

 

 

 

 

. In our days of liv

(again not just the theorist) with a safe ground to starit out.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1964,

and R. D. Parks (ed.), Super ondu tivity, vol. I and IIhrieDekker,er,

New York, 1969.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Two lassi s are re ommended f r more details: J. R. S

 

Theory of Super ondu tivity, Benjamin, New York,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figure 1: Resistan e in ohms of a spe imen of mer ury

ersus absolute temperature. This plot by

Kamerlingh Onnes marked the dis overy of super ondu tivity. (Taken from: Ch. Kittel, Introdu tion

to Solid State Physi s

 

Wiley, New York, 1986, Chap. 12.)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

PHENOMENA, LONDON THEORY

. By exhausting the

 

 

vapor

 

 

 

 

was st lique ed by Kammerling Onnes at L

den in

 

 

 

Heliumabov the liquid the temperature ould soon

 

 

 

 

ere down 1908to.5K.

 

 

1

that in purehelium r ury

 

 

Shortly aft rwards,

 

 

 

y

1911, it was f und

 

 

 

sa

 

laborato y

 

the ele tri al res stan e disappeared abruptly

elow

riti al temperature,

T

 

 

= . .

 

the phe-

no

 

Deliberately

 

 

 

 

 

le

 

ron s att ringbey mak

 

the

 

 

 

impure did not

 

 

 

 

 

. Shortly th

 

eaftthe

 

he same e e t was

found in indium (3.4K), t

(3.72K)a e t

 

in lead

in the A15 ompoundsn reasingw found nd igher T -values appeared up

 

T = 23.2K in Nb3Ge, in 1973.

(7.19K). In 1930,

uper ondutivity was fou

in niobium (T

= 9.2K) and

 

i

1940

in the metalli

GeTe, S Tmaterials(T 0.1K,Cohen 1021 m 3) and

 

 

SrTiO3

(T

=

.38K at n

1021

m 3

, ertaT

ompouenond NbN (T = 17.3K)r, and this remai

 

ed the highest

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

T until the 50's, when super ondu tivity

 

 

These

 

 

were all orm l metals

more or

 

good ondu tors.

 

 

.1K for

 

 

 

In 1964, Marvin L.

 

 

 

made theoreti al

predi tiless

of T -values as high as

 

fermion systems" lik superUBe13ondu(T tivit1K in both ases). The

 

ear 2000superN belondupri etivitin Chemistry was

doped

 

 

 

 

 

and in the same year

 

 

 

the foll

wingmerears,ury

 

 

 

 

 

y was found in

0.1K

 

semi ondu10 tors,m ).

 

 

y was f und

 

everal

ondu ting lyme s as w

l as in \heavy

 

 

In

 

he early 80's,

3

 

 

 

 

dedi ated

 

18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tho the

predi tion and realization of ondu ting polymers (syntheti metals) in the late

70's.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H.

 

K.

 

Commun.

Phys. Lab. Univ. Leiden, No124 (1911); H. K. Onnes, Akad. van Wetens happen

(Amsterdam)Onnes,14 818 (1911).

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

September, 1993

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(under pressure)

 

 

 

 

 

 

 

 

160

 

 

 

 

 

 

Liquid

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[

 

 

August, 1993

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CF4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Hg−1223

 

 

 

(under pressure)

 

 

 

 

 

 

 

 

140

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

April, 1993

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Tl−2223 [

 

 

 

 

 

September, 1992

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

February, 1988

 

 

 

 

 

 

 

 

120

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Bi−2223

 

 

January, 1988

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(K)c 100

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Shuttle

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Y−123

 

 

January, 1987

 

 

 

 

 

 

 

 

80

 

 

 

 

 

 

Liquid

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

60

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

December, 1986

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(La−Ba)−214 [

 

 

(under pressure)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

December, 1986

 

 

 

 

 

 

 

 

40

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(under p essure)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Liquid

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Nb3Sn

 

 

 

 

Nb3Ge

 

 

 

pril, 1986

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20

 

 

 

 

 

 

H2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

NbN

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

NbC

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Pb

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Nb−

l−Ge

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

onin:FigurePhysiB.Batlogg,2:s,TheMaterialsevolutionC.W.andChu,of

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Liquid

 

AppliTWwith.Kations,. ChutimeDWorld(from.U.GubserCS.ientiW. Chu,and,Singapore,KSuper. A. M•ullerondu1996(La,Sr)tivity(eds. . .AbovePro .90KHTSandWorkshopBeyond

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V3Si

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CuO with T

= 36K,

 

 

In 1986, Georg Bednorz and Alex M•uller found super ondu tivity in

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

He

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

4

 

an in redible new

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Hg

 

 

 

Nb

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1900

 

 

 

 

 

1920

 

1940

 

 

 

 

 

1960

 

1980

 

 

 

 

 

 

2000

 

 

 

Within months,reTord-values in uprates were shooting up, and the re ord is now at T 135K.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

YEAR

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.1

Phenomena

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z ro

 

 

 

 

 

2

 

 

 

No

 

 

 

 

 

 

 

is

 

 

 

 

even for high s attering rates of ondu tion ele trons.

P rsistenresistanurrentse

magn ally indudeteed intableoil of Nb

 

Zr

 

and wat hed with NMR yielded n

estimate

of the de ay

time stangreater than 10 years!

(From theoreti al estimates the de ay time may

be as large as 101010

 

 

y

 

ars!)

 

 

 

 

No S ebe k voltage, no Peltier heat, no Thomson heat is

Absen e

of th rmoele tri e e ts3

dete table

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

0:75 0:25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 1. Weak magneti elds are omplet ly s reened w y from the bulk

Id al diamagnetism m

 

 

 

 

 

 

(see next se tion).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

the presen e of a weak magneti eld, below

Meissn r e e t

 

 

 

If a super ondu tor is ooled down

of

 

 

up

ondu tor.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Flux quan

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

The magneti ux through a super ondu ting

is quantized and onstan

T

 

he ld

ompletely expelled from

he bulk of the super ondu tor.

 

 

 

 

 

 

 

 

in

time.

 

Thistizationphe omenon was theoreti ally predi ted by F. Londonring 1950 and experimentally

veri ed 1961.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

G

Bednorz and K. A. M•uller, Z. Phys. B64 1

 

 

86)33 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5W. Meissn

 

 

R. O hsenfeld, Naturwiss. 21,927)(1963)87

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3J.

File and R. G. Mills, Phys. Rev. Lett. 10, 93

.

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

B. S.

 

 

 

, Z. Ges

K•alteindustrie 34, 197 (

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

51

 

Deaver and

 

W. M. Fairbank, Phys. Rev. Lett. 7, 43 (1961); R. Doll and M. N•abauer, Phys. Rev. Lett. 7,

(1961).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2

London theory

1

 

 

 

 

 

 

 

 

that the super

 

 

 

rren

 

(at T = 0) is a property of the quantum

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T

ere

(a) and (b) learly

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ust be an ele triindiallyateh rged (

 

 

 

 

 

 

 

 

quantum

q), hen e omplex bosoni eld

 

 

 

 

Phenomenaw i o denses in the ground state into hargema ros opi amplitude:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ground state:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

is the orresponding eld amplitude.

 

 

 

 

 

 

 

where

 

means the bosoni density and

 

 

 

 

 

 

 

(1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

B

= j

 

j2

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Sin e the eld is ele tri ally harged, it is subje t to

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

elds (E; B) whi h are usually

 

 

 

B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ele tromagneti

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

des ribed by potentials (U; A):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E =

 

 

 

 

 

 

U

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2ba)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

rt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

The eld amplitude should obey

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B =

 

 

A:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S h •odinger equation

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

~

 

qA

2

 

 

 

 

+ qU

 

 

 

=

E B

 

;

 

 

 

 

 

 

 

(3)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2m

B

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

hemi al potential

 

 

 

of the boson eld, sin e what

where the energy is reasonably measured from the

 

 

 

B

 

is measured in a voltmeter is rather the ele tro hemi al potential

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(4)

than the external potential U, or the

 

 

 

 

 

 

 

=

B

 

+ qU

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e ele tri eld

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e e tiv

 

 

 

 

A

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E

 

 

=

 

 

 

 

 

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(5)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

q

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

As usual in Quan

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

is

 

Me hani s, i~ = r is the anoni al momentum and ( i~ = r qA) = p^

 

the me hani al

 

 

 

tum.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

 

The

 

 

 

 

 

momen

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tumdensity is then

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

iq~

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

super urren

 

 

 

q

 

 

 

 

 

p^

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j

 

= q

 

 

B

=

 

 

 

<

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A:

 

(6)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

 

 

B

 

 

 

 

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

term)onst

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

 

 

 

 

 

7)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

urren( ;t') =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

It o

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( rst

 

 

B

 

 

 

 

 

and

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

sists as usual of a ` a amagneti

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

`diamagneti urrent' (se ond term).

 

 

In a homogeneous super ondu tor, whe

 

 

n

B

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

., we may write

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

 

 

 

 

 

 

i (r;t)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

and have

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

js = q r A;

B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(8)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= n q2 :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

~

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

mB

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Sin e in the ground state E = , and E

 

 

= i~

 

 

 

 

t, we alsoBhave

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(9)

The

 

 

 

 

theory

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

~

t

 

=

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

limit, where nB

 

 

 

 

 

 

erives from (8) and (9). It is valid in the London

 

= onst. in

 

F.Londonan

 

 

 

H.

 

 

 

Pro . Roy. So .

 

A149, 71 (1935); F. Lo

 

don, Pro . Roy. So .

A152 24 (1935); F.

London, Super andassumeui , WileyLondon,

 

 

1950.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

spa e

 

 

be

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

These are formal ames: sin e the splitting

 

into the

 

 

w

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t ontributio

 

s depends on the gauge, it has o

de per phy al meaning. PhysiLondon,ally

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s

 

 

 

 

positivurrenresponse on an external magneti eld (enhan ing

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

the eld inside the material) and diamaramagnetimeansmeanegative response.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

The time derivative of (8) yields with (9)

 

 

 

 

 

 

 

 

A

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

js

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

or

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

=

 

 

t

 

 

q

 

r

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j

 

 

 

= Ee

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(10)

This is the st

L

 

 

don

freely

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

 

an applied v

 

 

 

 

 

 

 

or, in a bulk

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A super urr

 

 

is

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

with no sup

r urrenquationor awitheleratedsttionary

super urrenoltage,there

is no e e tivsuperele ondutri tore

 

 

 

 

 

( on

an

 

ele tro hemi al potential).

 

 

London

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

uses

 

 

 

ele tro

mi hemia potentialal

of

 

ket hy illustrated

Fig. 3. The r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

The rst London equation

 

 

 

 

 

 

 

 

abs n e of

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

if the

 

 

rmoe

 

 

 

 

 

 

 

 

-

ials of

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

yields, and of

 

 

 

 

 

 

 

 

in

 

 

very

 

 

 

 

, , are e upledets, . The

 

 

 

 

 

e e ts

tare

up r urren

 

arrying ld to be

onstan

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ary situati

 

. Ifelehetrosup r u

 

 

potenar-

rying

ondu tionwith

he ondu ti

 

 

 

ele tronsuperldthermoeleurrenequationwi tri

 

 

 

 

forming

 

 

 

quantum with

into super urrenrea ts density at

 

 

onethermoeleend of

trisamplerelatedand

 

ba k

 

 

 

 

 

 

 

temperaturehe other end.

 

 

 

q then the eleele trotrons,h mi al

 

 

tentials

 

 

 

 

ust be

 

 

 

 

 

 

 

t:

 

eleas ntrons= . Hen e the ele tro h mi al

pot

tial of the

 

 

 

 

 

 

ele trons

 

ust also be

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

no thermopower (Seebeldk v ltage) may

ombineratures,tion of

 

 

 

 

w metals. If there is no tem erature

 

 

 

 

 

 

 

 

 

transformationthe beginning, but a ur

en

is

devhargelop in

super ondu tor. The

 

 

 

 

 

 

t, with

 

 

 

 

urren

 

owing due to the

of

 

 

 

on

di eren e

s

n eled by

 

 

onduk tionwi g

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ti

 

uous

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

el

 

 

 

 

 

 

 

 

 

If

 

 

then

 

ba

di ere

 

super urren dev

 

 

 

 

 

 

onstangetherwithtransformadi eren e of

 

tro

 

 

 

 

 

 

 

 

loop of

 

w

 

 

normal

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

is f rmed

 

 

 

 

 

 

the jun

 

 

 

keptondua

t

 

ele trons-

potenti

 

ls of the

 

w

jun tions, and several forelopsof heat are

 

 

 

 

 

 

 

 

everything depdindingeren

 

 

 

 

 

maintai

 

betweenthermoelejun tionstri

 

 

 

develondu tors. This is

 

how

 

 

produPelti metaled,oo

works. In

loop oftemwo

 

 

thering (by inserting

 

 

 

pow

 

 

 

supply

 

to one of th

 

 

 

 

 

halfs),

then

 

tem

hemiural

di eren edu tors

 

on of

those phenomena

an appear sin die aeren e

n e of el tr

 

 

 

p

 

tentials

jun tions be ause of

 

presen of

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

is

 

 

 

 

 

 

 

 

supertheonduothertorside. This yieldshemidirethermoeleal t absoluttri

annot be main

 

 

 

ed. Every normawill urren

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

hortir uit

 

 

by super urrents.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

superrreno will ow in

 

 

normal half without

developing

an el tro hemi al potential di eren e of

 

 

 

If, ho

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

super ondu tor

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B in a loop,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ever, tai ormal metal A is ombined withally

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

measurement of thethermoele tri theoÆ ients of a single material A.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

The url of Eq. (8) yields (with

 

 

 

 

 

 

= 0)

 

 

= B:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

 

 

 

 

 

j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(11)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

This is the se

 

 

d London

 

 

 

 

 

. It

yields the

ideal

 

iamagnetism, the Meissner e e t, and the

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Take the url of Maxwell'sequation (Ampere's law) and

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B =

 

 

B

 

 

2

 

B:

ux quantization.

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

B = 0

 

js

+ j

 

;

 

 

 

onsider= 0;

r

 

 

r

 

 

 

 

r

r

 

 

 

 

(12)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

 

r

B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

js + j

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r2

B =8

0

B 0

r

j:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

normal ondu tor

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

super ondu tor

 

 

 

 

 

 

 

T1

 

 

<

 

 

T2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T

1

 

 

<

 

T

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sup r ondu tor

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2;el

 

 

 

 

 

n 1;el =

 

 

thermoele tri urrent

 

n 2;el

 

 

1;el

normal ondu tor

 

 

 

 

 

 

 

 

j

T

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ne ! q

 

 

 

super urrent j

 

 

q !

 

 

 

 

 

 

 

Seebe k voltage

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

1

T2

T1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Sin e j( ) = onst.

 

 

 

fT1 ( 1;el)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f

 

(

 

)

 

 

)

js(t) = onst.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T2

2;el

 

 

Ee = =q = 0; = 0

 

 

 

 

The

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

due to the rst London equation.

 

 

 

 

 

 

 

 

e of the Fer distribution

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a di eren e of el tro hemi al potentials

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

fun ti

 

 

f

 

 

in onne tion with a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

nononstanT

 

nsity of states results in

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

due to the

detailed balan e of urrents.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O

 

 

 

loop of two metals A and B:

 

no total urrent

 

 

 

the

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m's heat +

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tri

 

 

 

 

A

Thomson heat

 

 

 

 

 

 

 

 

 

no heat

 

 

 

 

urrmoeleen J

 

 

T1

A( T; J)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T1

A

 

T2

 

 

 

Peltier heat

 

 

 

 

 

 

<

T2

 

 

 

 

Peltier heat

 

 

 

 

<

 

 

 

 

 

 

 

 

heat +

B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

 

 

 

 

 

BA(T1; J)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

AB

(T2

; J)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ThoOhm'sm on heat

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

( T; J)

 

ondu tor

 

 

 

T

 

T

 

 

J

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

normal

 

 

 

1

<

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

super

 

 

 

 

 

 

 

 

B

 

 

Js

 

 

 

 

 

 

 

Figure 3: Thermoele tri phenomena in9normal ondu tors and super ondu tors.

 

 

 

= ne

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

js z= L

 

 

 

B

 

 

 

external eld B0

 

xz

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z

L

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

super ondu

 

 

If j = 0 or

 

 

 

Figure 4: Penetration of an external magneti eld into a super ondu tor.

 

 

 

 

 

j = 0 for the

 

2

 

 

 

 

 

urrent inside the supe

 

mB

 

then

 

3)

 

 

 

 

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B =

B ; L = s

 

 

= r

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

normal

 

L

 

 

 

 

0

 

 

 

onduqtor,

 

 

 

 

with solutions

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B = B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

 

0

 

 

 

 

(14)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

e n = L ;

n2 = 1;

 

0

= 0

 

 

 

several of whi h with

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

v tors

 

y be

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

onditions.

 

 

 

 

 

depth.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

imposed to ful ll

 

L is London's

penetration

 

 

 

o zero insidemabulk

 

 

 

 

 

 

 

 

 

state withinboundarys

rfa e layer

 

Any

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

eld B is s reened

 

 

 

 

 

 

 

 

 

of thi kness

L

. It is

 

ppropriatethaunit(11) does not

tain time derivatives of the eld but the eld

B itself: If

 

 

 

 

 

 

 

 

 

importanapplied eld B

 

 

is ooled down below T , the eld is expelled.

 

 

 

 

metal

 

0

 

 

Considerexternal

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

super ondu ting

 

 

 

 

 

with magneti ux pass-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ringthrough it (Fig. 5). B ause of

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

 

 

 

 

 

(14) and (12), j

s

= 0 de

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

the ring on the ontour C. Hen ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(10),

 

E

e

 

 

=

E

 

 

 

0

insidether .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

froF m Faraday's law,super( =ondu) Eting=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B,

 

dt

Z

 

 

BdS = I

 

 

E l = 0;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d

=

A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

(15)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d

 

 

 

 

 

C

 

where A is a surfa e with

bound-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C,

 

 

 

is the magn

 

 

 

 

ux

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figure 5: Flux through a super ondu ting ring.

th ough A.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ev

andif the

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

arysu fa e layer of the ring is ti

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ing with time (for instan e, if

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

applied magnetisupereld urrenis hanging wi h time), the ux is not:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

The ux through

 

super ondu ing ring is trapped.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Integrate Eq. (8) along the ontour

C:

 

 

 

 

dl =

~ I

 

 

dl:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

C

A + j

s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

q

 

 

C r