亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        二維Josephson結(jié)陣列超導(dǎo)的渦旋Nernst效應(yīng)*

        2012-12-17 09:42:16呂建平陳慶虎
        關(guān)鍵詞:超導(dǎo)體溫度梯度渦旋

        祁 飛, 呂建平, 劉 煥, 陳慶虎,2

        (1.浙江師范大學(xué)數(shù)理與信息工程學(xué)院,浙江金華 321004;2.浙江大學(xué)物理系,浙江杭州 310027;3.中國礦業(yè)大學(xué)物理系,江蘇徐州 221116)

        Nernst效應(yīng)是一種有磁場情況下的熱電效應(yīng).在金屬或者超導(dǎo)體的一個方向加入溫度梯度,在橫向會產(chǎn)生一個電場響應(yīng).對于正常態(tài)金屬材料而言,Nernst信號很小,但對于第二類超導(dǎo)體,在超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度Tc以下有顯著的Nernst信號.令人驚訝的是:在Tc以上,本預(yù)計較小的Nernst信號卻大得反常,這已引起了廣泛的關(guān)注[1-4].對于這種反常,一種解釋為即使在超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度以上,超導(dǎo)凝聚也已出現(xiàn),只是沒有相干凝聚,從而并未產(chǎn)生超導(dǎo)電性.超導(dǎo)凝聚(或稱預(yù)配對)是反常的Nernst效應(yīng)的起源.

        通常來說有2種因素可導(dǎo)致Nernst效應(yīng):一種來源于準(zhǔn)粒子;另一種來源于渦旋.Ong研究小組[3]的實驗表明,對于單層銅氧面的Bi-2201超導(dǎo)體,渦旋的貢獻(xiàn)是主要的,而對YBCO超導(dǎo)體,準(zhǔn)粒子和渦旋都對Nernst效應(yīng)有貢獻(xiàn).目前的實驗研究對區(qū)分準(zhǔn)粒子和渦旋對Nernst效應(yīng)的貢獻(xiàn)仍十分困難.

        本文模擬二維Josephson結(jié)陣列的電壓對溫度梯度的響應(yīng),模擬高溫超體的渦旋Nernst信號.其結(jié)果適用于渦旋起主要貢獻(xiàn)的高溫超導(dǎo)體,如Bi-2201超導(dǎo)體.

        1 理論模型與模擬方法

        在正方格子上的二維Josephson結(jié)陣列可用以下二維XY模型的哈密頓量描述:

        式(2)中:Γ是決定馳豫的時間標(biāo)度;Γi(t)在i點的熱漲落引起的噪聲電流滿足高斯分布

        式(3)中,Ti為第i個格點的溫度.

        在筆者的模擬中,時間和溫度的單位為?/(ΓJ0)和J0/kB.為方便起見,按慣例,單位采用約化形式,即令J0=?=kB=1.

        磁場加在Z方向,溫度梯度加在X方向,因此,在該方向取開邊界條件.在X方向各格點的溫度以線性關(guān)系增加,則第i個格點的溫度為

        式(4)中:T0為整個系統(tǒng)的平均溫度;δt是控制溫度梯度大小的參量.在模擬中,筆者取δt=0.1;i表示第i個格點.

        在Y方向采用漲落扭轉(zhuǎn)邊界條件,保持相位的周期性,這樣可以在此方向應(yīng)用快速Fourier變換,如此可極大地提高計算效率.渦旋在熱驅(qū)動下便由高溫的一端向低溫的一端運(yùn)動.利用漲落扭轉(zhuǎn)邊界條件[5-6]直接測量Y方向上的電壓Vy.Nernst信號可由電壓計算得到

        結(jié)合溫度梯度的具體加法,Nernst信號可以表示成

        利用式(6)可直接計算Nernst信號的強(qiáng)度.

        2 模擬結(jié)果與討論

        為了確認(rèn)模擬方法的可靠性,筆者首先模擬了該系統(tǒng)在電流驅(qū)動下不同磁通密度下的電阻值.在Josephson結(jié)陣列模型中,對于不同驅(qū)動電流、溫度,系統(tǒng)的電壓曲線隨磁通密度的增加呈現(xiàn)出明顯的先升后降的過程,圖1所示為該模型的V/I-f曲線.圖1中:I表示外加驅(qū)動電流;T表示系統(tǒng)溫度.該曲線在一些特定的磁通密度f下,如f=1/8,1/6,1/5,1/3,2/5,1/2等位置時出現(xiàn)系統(tǒng)電阻的極小值,且在這些特殊磁通密度下,渦旋會呈現(xiàn)出一定的規(guī)則排列.圖2所示為筆者模擬的系統(tǒng)在這些特殊磁通密度f下的渦旋在實空間中的分布.這些結(jié)論與文獻(xiàn)[7-8]的實驗結(jié)果基本一致,側(cè)面反映了本小組在研究二維Josephson結(jié)陣列的物理性質(zhì)時所用的模擬方法是可靠的.

        圖1 V/I-f曲線

        圖2 超導(dǎo)渦旋在實空間的分布(白色格點表示渦旋所在位置)

        將上述的電流驅(qū)動換成熱驅(qū)動,便可以計算Nernst信號.表1給出了在T0=0.6穩(wěn)定時的幾種溫度梯度與Nernst信號的關(guān)系.顯然,改變式(6)中參量δt對Nernst信號影響不大,這一點說明了Nernst效應(yīng)是系統(tǒng)的本征性質(zhì),而與溫度梯度的具體大小無關(guān).

        表1 不同溫度梯度下的 Nernst信號(T=0.6,f=0.125,L=64)

        現(xiàn)在計算不同溫度下二維 Josephson結(jié)系統(tǒng)的Nernst信號與外加磁場的關(guān)系.無外場的二維Josephson結(jié)系統(tǒng)經(jīng)歷Kosterlitz-Thouless相變,相變溫度為Tc=0.890 4J0,這個溫度也是超導(dǎo)相變溫度.因此,筆者特定選取溫度T的范圍為0.2~1.2,既包含了超導(dǎo)相變溫度以下又包含了相變溫度以上的情形.?dāng)?shù)值模擬獲得的Nernst信號如圖3所示.為了研究尺寸帶來的效應(yīng),筆者分別研究了尺寸L為32和64兩種大尺寸系統(tǒng).其結(jié)果定性上沒有改變,說明筆者選取的系統(tǒng)尺寸所獲得的結(jié)果是可靠的.

        圖3 不同溫度下Nernst信號曲線圖(左圖系統(tǒng)尺寸大小L=32;右圖系統(tǒng)尺寸大小L=64)

        接下來分析其物理結(jié)果.首先,在超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度(0.890 4)以上,如T=1.0和T=1.2兩種情況,系統(tǒng)的Nernst信號還是非常顯著的,這與高度各向異性的高溫超導(dǎo)在超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度以上出現(xiàn)反?,F(xiàn)象的Nernst信號完全一致[2].其次,系統(tǒng)的Nernst信號隨外加磁場和溫度的增大都呈現(xiàn)出非單調(diào)行為,與單層銅氧面的Bi-2201超導(dǎo)體的Nernst信號的實驗結(jié)果完全一致.曲線的外形也與實驗結(jié)果一致,顯示了傾斜山丘的形貌(tilt-hill profile).另外,“山脊”的位置大約在f=0.1處,也與實驗結(jié)果B=0.1Bc2一致.Bc2為上臨界磁場,可以大致定義為系統(tǒng)的磁場足夠大以致渦旋芯子占據(jù)了整個超導(dǎo)樣品.這里,f的定義也正是這種填充因子(filling factor)的意思,f最大可以為1.

        可以定性給出在恒定溫度下系統(tǒng)的Nernst信號隨外加磁場非單調(diào)行為的物理解釋.在低磁場下,渦旋之間的相互作用可以忽略,因為渦旋比較稀薄,所以當(dāng)磁場升高時,自由渦旋的Nernst信號可以線性疊加.在高磁場時,高密度的渦旋之間強(qiáng)相互作用阻止渦旋的熱運(yùn)動,導(dǎo)致非常小的Nernst信號.這兩種機(jī)制存在競爭,在居間磁場下必然會產(chǎn)生一個極大值.在高于超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度下,由于出現(xiàn)大量的渦旋-反渦旋激發(fā),這也增加了渦旋的密度,導(dǎo)致Nernst信號下降,這就說明了隨溫度的升高Nernst信號下降的原因.

        近年來,Andersson等[9]也給出類似模型的Nernst信號模擬結(jié)果,他們發(fā)現(xiàn)Nernst信號隨溫度升高單調(diào)地下降,與筆者的結(jié)果不一致,當(dāng)然也不能描述實驗結(jié)果.該研究小組采用的小尺寸(L=16)并不是主要原因,因為筆者也模擬了L=16的系統(tǒng),并沒有獲得與其相似的結(jié)果,而是得到與L=32系統(tǒng)定性一致的結(jié)果.筆者認(rèn)為,他們的數(shù)值模擬方法在電壓的方向上也采用了開邊界條件,因此可能帶來強(qiáng)烈的邊界效應(yīng).筆者在電壓的方向采用了漲落扭轉(zhuǎn)邊界條件,實際上消除了邊界的阻礙.小尺寸可能加劇了這一邊界效應(yīng).

        3 結(jié)論

        利用XY模型模擬了二維Josephson結(jié)陣列在熱驅(qū)動下的Nernst信號,可以直接計算Josephson結(jié)陣列中的渦旋Nernst信號.發(fā)現(xiàn)渦旋Nernst信號隨磁場變化非單調(diào)變化行為,與Princeton大學(xué)Ong教授研究組在最佳摻雜和欠摻雜的Bi-2201單晶的實驗結(jié)果定性符合.渦旋Nernst信號隨著平均溫度變化亦非單調(diào)變化,而是隨著磁平均溫度的增大皆是先增加、后衰減.歸根結(jié)底,外加磁通密度及平均溫度改變了系統(tǒng)中渦旋的數(shù)目、性質(zhì)及運(yùn)動狀態(tài).二維Josephson結(jié)是一個可以控制和調(diào)控的實際系統(tǒng),該系統(tǒng)的研究結(jié)果可以提供第二類超導(dǎo)電性的渦旋Nernst信號的產(chǎn)生機(jī)制,因而具有重要的意義.

        [1]Podolsky D,Raghu S,Vishwanath A.Nernst effect and diamagnetism in phase fluctuating superconductors[J].Phys Rev Lett,2007,99:117004.

        [2]Xu Zhuan,Ong N P,Wang Y,et al.Vortex-like excitations and the onset of superconducting phase fluctuation in underdoped La2-xSrxCuO4[J].Nature,2000,406:486-488.

        [3]Wang Yayu,Li Lu,Ong N P.Nernst effect in high-Tcsuperconductors[J].Phys Rev B,2006,73:024510.

        [4]Li Lu,Wang Yayu,Naughton M J,et al.Magnetization,Nernst effect and vorticity in the cuprates[J].Journal of Manetism and Manetic Materials,2007,310:460-466.

        [5]Chen Qinghu,Tang Leihan,Tong Peiqing.Anomalous finite-size effect in superconducting josephson junction arrays[J].Phys Rev Lett,2001,87:067001.

        [6]Kim B J,Minnhagen P,Olsson P.Vortex dynamics for two-dimensional XY models[J].Phys Rev B,1999,59:11506-11522.

        [7]Baek I C,Yun Y J,Lee J I,et al.Superconducting transition of a two-dimensional Josephson junction array in weak magnetic fields[J].Phys Rev B,2005,72:144507.

        [8]Teitel S,Jayaprakash C.Josephson-junction arrays in transverse magnetic fields[J].Phys Rev Lett,1983,51:1999-2002.

        [9]Andersson A,Lidmar J.Anomalous Nernst effect an heat transport by vortex vacancies in granular superconductors[J].Phys Rev B,2010,81:060508.

        猜你喜歡
        超導(dǎo)體溫度梯度渦旋
        溫度對中小跨徑混凝土梁橋應(yīng)力及變形的影響研究
        基于PM算法的渦旋電磁波引信超分辨測向方法
        嚴(yán)寒地區(qū)混凝土箱梁實測溫度梯度分析
        山西建筑(2019年21期)2019-12-02 02:35:08
        懸空
        溫度梯度場對聲表面波器件影響研究
        電子制作(2018年23期)2018-12-26 01:01:20
        光渦旋方程解的存在性研究
        高速鐵路CRTSⅢ型板式無砟軌道溫度梯度試驗研究
        鐵道建筑(2015年3期)2015-12-26 09:41:44
        變截面復(fù)雜渦旋型線的加工幾何與力學(xué)仿真
        Hubbard模型在銅氧化物高溫超導(dǎo)體中的應(yīng)用
        河南科技(2015年15期)2015-03-11 16:25:49
        應(yīng)該重視感生(渦旋)電場的方向性教學(xué)
        物理與工程(2013年6期)2013-03-11 16:06:19
        欧美人与动牲交片免费| 久久只精品99品免费久23| 国产精品久久久久久亚洲av | 黑人巨茎大战俄罗斯美女| 成人网站免费大全日韩国产| 久久国产国内精品对话对白| 日本精品av中文字幕| 无码少妇丰满熟妇一区二区| 中文成人无码精品久久久不卡| 91白浆在线视频| 亚洲一区视频中文字幕| 26uuu在线亚洲欧美| 国产高清一区二区三区视频| 国产亚洲AV无码一区二区二三区| 人妻少妇偷人精品久久人妻 | 亚洲精品无码不卡在线播he| 亚洲av永久无码精品国产精品 | 国产欧美亚洲精品第二区首页| 国产在线精品观看一区二区三区| 中国美女a级毛片| 国产精品-区区久久久狼| 久久久诱惑一区二区三区| 中文字幕一区在线直播| 亚洲国色天香卡2卡3卡4| 国产精品成人嫩妇| 日本特殊按摩在线观看| 亚洲精品一区二区三区麻豆| 久久国产精久久精产国| 亚洲人成无码网站十八禁| 中文字幕中文字幕在线中二区| 中文字幕人妻被公上司喝醉| 国内精品人妻无码久久久影院94| 国产成人亚洲精品一区二区三区 | 97久久草草超级碰碰碰| 国产综合自拍| 亚洲天堂av在线一区| 性久久久久久| 国产偷窥熟女精品视频| 亚洲日本在线中文字幕| 少妇人妻综合久久中文字幕| 欧产日产国产精品精品|