Для заданной температуры критическое поле относится к максимальной напряженности магнитного поля, ниже которой материал остается сверхпроводящим. Сверхпроводимость характеризуется как идеальной проводимостью (нулевым сопротивлением), так и полным вытеснением магнитных полей ( эффект Мейсснера ). Изменения температуры или плотности магнитного потока могут вызвать фазовый переход между нормальным и сверхпроводящим состояниями. [1] Самая высокая температура, при которой наблюдается сверхпроводящее состояние, известна как критическая температура. При этой температуре даже самое слабое внешнее магнитное поле разрушит сверхпроводящее состояние, поэтому напряженность критического поля равна нулю. По мере понижения температуры критическое поле обычно увеличивается до максимума при абсолютном нуле.
Для сверхпроводника I рода скачок теплоемкости, наблюдаемый при сверхпроводящем переходе, обычно связан с наклоном критического поля ( ) при критической температуре ( ): [2]
Существует также прямая связь между критическим полем и критическим током — максимальной плотностью электрического тока, которую данный сверхпроводящий материал может переносить, прежде чем перейти в нормальное состояние. [1] Согласно закону Ампера любой электрический ток индуцирует магнитное поле, но сверхпроводники исключают это поле. В микроскопическом масштабе магнитное поле не совсем равно нулю на краях любого данного образца — применяется глубина проникновения . Для сверхпроводника I типа ток должен оставаться нулевым внутри сверхпроводящего материала (чтобы быть совместимым с нулевым магнитным полем), но затем может достигать ненулевых значений на краях материала на этой шкале длины глубины проникновения по мере увеличения магнитного поля. [2] Пока индуцированное магнитное поле на краях меньше критического поля, материал остается сверхпроводящим, но при более высоких токах поле становится слишком сильным, и сверхпроводящее состояние теряется. Это ограничение плотности тока имеет важные практические последствия в применении сверхпроводящих материалов — несмотря на нулевое сопротивление, они не могут переносить неограниченное количество электроэнергии.
Геометрия сверхпроводящего образца усложняет практическое измерение критического поля [2] – критическое поле определяется для цилиндрического образца с полем, параллельным оси радиальной симметрии. При других формах (например, сферической) может быть смешанное состояние с частичным проникновением внешней поверхности магнитным полем (и, таким образом, частичное нормальное состояние), в то время как внутренняя часть образца остается сверхпроводящей.
Сверхпроводники типа II допускают другой вид смешанного состояния, в котором магнитному полю (выше нижнего критического поля ) разрешено проникать вдоль цилиндрических «отверстий» через материал, каждое из которых несет квант магнитного потока . Вдоль этих цилиндров потока материал по существу находится в нормальном, несверхпроводящем состоянии, окруженный сверхпроводником, где магнитное поле возвращается к нулю. Ширина каждого цилиндра имеет порядок глубины проникновения для материала. По мере увеличения магнитного поля цилиндры потока сближаются, и в конечном итоге при верхнем критическом поле они не оставляют места для сверхпроводящего состояния, и свойство нулевого сопротивления теряется.
Верхнее критическое поле — это плотность магнитного потока (обычно выражаемая единицей тесла (Тл)), которая полностью подавляет сверхпроводимость в сверхпроводнике II рода при температуре 0 К ( абсолютный ноль ).
Точнее, верхнее критическое поле является функцией температуры (и давления), и если они не указаны, подразумеваются абсолютный ноль и стандартное давление.
Теория Вертхамера–Гельфанда–Хоэнберга предсказывает верхнее критическое поле ( H c2 ) при 0 К из T c и наклон H c2 при T c .
Верхнее критическое поле (при 0 К) также можно оценить по длине когерентности ( ξ ), используя выражение Гинзбурга–Ландау : H c2 =2,07 × 10 −15 Т⋅м 2 /(2 πξ 2 ) . [3]
Нижнее критическое поле — это плотность магнитного потока, при которой магнитный поток начинает проникать в сверхпроводник II рода.
