Vortex pinning and rectification effect in a nanostructured superconducting film with a square array of antidot triplets

We study the stability of vortices pinning and dynamics in a superconducting thin strip containing a square array of antidot triplets by using the nonlinear Ginzburg–Landau(GL) theory. Compared with the regular square array of circular holes, the vortices are no longer pinned inside the circular holes, but instead stabilized at the center of the antidot triplets depending on the geometry parameters. Moreover, the influences of the geometry parameters and the polarity of the applied current on the current–voltage(I–V) characteristics are also studied. The critical current for the sample turning into a normal state becomes smaller when the hole diameter D is smaller and the spacing B between the holes is larger. Due to the asymmetric pinning sites, our numerical simulations demonstrate that the positive and negative rectified voltages appear alternately in the resistive state of the sample under an ac current of square pulses.     

Dynamics of vortex–antivortex pair in a superconducting thin strip with narrow slits

In the framework of phenomenological time-dependent Ginzburg-Landau(TDGL) formalism,the dynamical properties of vortex-antivortex(V-Av) pair in a superconductor film with a narrow slit was studied.The slit position and length can have a great impact not only on the vortex dynamical behavior but also the current-voltage(Ⅰ-Ⅴ) characteristics of the sample.Kinematic vortex lines can be predominated by the location of the slit.In the range of relatively low applied currents for a constant weak magnetic field,kinematic vortex line appears at right or left side of the slit by turns periodically.We found such single-side kinematic vortex line cannot lead to a jump in the Ⅰ-Ⅴ curve.At higher applied currents the phase-slip lines can be observed at left and right sides of the slit simultaneously.The competition between the vortex created at the lateral edge of the sample and the V-Av pair in the slit will result in three distinctly different scenarios of vortex dynamics depending on slit length:the lateral vortex penetrates the sample to annihilate the antivortex in the slit;the V-Av pair in the slit are driven off and expelled laterally;both the lateral vortex and the slit antivortex are depinned and driven together to annihilation in the halfway.     

磁悬浮系统中多芯复合Nb3Sn超导线磁通跳跃的可调性研究

超导磁悬浮列车在加速启动的过程中,载有恒定大电流的超导线圈处在变化的磁场中,这会导致超导线圈发生磁通跳跃,从而降低线圈的载流能力.并且磁通跳跃会产生大量热量而使超导线圈温度急剧升高,严重时会导致超导线圈失超,所以对磁通跳跃的研究具有非常重要的科学意义.Nb₃Sn超导线是由多根微米级的超导芯丝、铜和环氧树脂形成的复合结构.本文通过约束每根芯丝的静电流为零的二维模型来分析三维绞扭效应,研究了超导线在交变磁场和恒定电流下的磁热不稳定性行为.通过分析交变磁场的幅值和频率对Nb3Sn超导线磁通跳跃的影响,发现当磁场幅值不变时,初次发生磁通跳跃的磁场阈值B_th随频率非单调变化.而当频率一定时,初次发生磁通跳跃的磁场阈值B_th随交变磁场幅值单调变化.此外,随着幅值的减小,发生磁通跳跃的频率区间先变大后变小,直到某个临界频率后超导线不再发生磁通跳跃.本文的研究结果能够为调控超导线的磁热不稳定性行为提供理论依据.     

超导薄膜磁-热不稳定与强非线性电磁本构的关联性

常规导体的电磁本构关系一般满足线性欧姆定律,然而超导体的电磁本构关系呈现很强的非线性特征,所以与常规导体相比,超导有截然不同的电磁特性.本文基于超导材料E-J幂次律本构关系,采用快速傅里叶变换方法 (FFT),定量研究了不同环境温度、磁场加载速率以及临界电流密度条件下的超导薄膜磁-热不稳定性与非线性本构的关联性,揭示了强非线性电磁本构是导致超导薄膜磁-热不稳定性(呈现树状、指状磁通崩塌形貌)的重要因素,同时阐明了常规导体观测不到类似的磁-热不稳定现象的原因.另外发现由于超导薄膜抗磁性的增强导致超导薄膜边界磁场迅速增大,较大的磁压极易诱发磁通崩塌,所以超导薄膜内磁通崩塌阈值随幂指数的增加而降低.最后给出了n₀-j_c0和■平面内不同非线性程度下超导薄膜内磁热不稳定状态的分界线.     

缺陷调控临界温度梯度超导膜的磁通整流反转效应

超导涡旋运动引起的棘齿效应可以广泛应用于磁通泵、整流器和超导开关等装置.金兹堡-朗道理论是研究超导磁通涡旋问题强有力的工具和手段.本文采用有限差分法数值求解时间相关的金兹堡-朗道方程,利用快速傅里叶变换方法求解耦合的热传导方程,数值模拟了临界温度梯度超导薄膜磁通涡旋动力学行为,提出了一种新的调节超导整流效应的方式,并研...     

压电材料反平面III型裂纹电塑性区的分析

本文对反平面III型裂纹电塑性区进行了分析。采用条带模型得到了电塑性区大小的表达式。对于电塑性区的边界条件采用了两种处理方式,一是采用机械位移连续性边界条件,另一种是假设电塑性区的切应力保持为常数的假设。其中后一种处理方式消除了电场和应力在裂纹尖端的奇异性,与实际情况相符合。两种处理方式得到了相同的电塑性区的大小的表达式,并根据两种处理方式计算了能量释放率。类比Irwin的应力松弛模型,本文采用电位移松弛模型同样得到了电塑性区的大小。将条带模型得到的结果与电位移松弛模型得到的结果进行比较发现,在小范围塑性变形条件下,两种方法所得的结果比较接近,从而说明这两种方法的有效性,得到了比较满意的结果。     

Nb3Sn超导线圈力学性能精确分析的双向均质化方法

Nb₃Sn超导磁体运行时产生很高磁场, Nb₃Sn超导线圈会受到很强电磁体力的作用, 从而会产生很大的力学应变. 由于Nb₃Sn超导材料的应变敏感性, 会使得Nb₃Sn磁体线圈的临界性能退化, 这对磁体的安全稳定运行造成极大影响, 所以精确计算超导磁体在电磁体力下的力学行为具有重要的科学意义. Nb₃Sn超导磁体主要是由超导线绕制成线圈结构再经过环氧树脂固化而成, Nb₃Sn超导线是主要由多根微米级的超导芯丝、铜形成的复合结构, 所以从超导芯丝到超导磁体其尺寸跨越了几个数量级, 从而给精确分析超导线圈力学变形带来挑战. 本文首先采用代表性单元均质化方法分析了整体线圈的等效力学参数, 通过对比等效均质化模型与线圈真实结构的计算结果, 发现等效均质化模型存在很大的误差. 因此, 提出一种高精度而且计算代价低的双向均质化分析方法, 研究超导线圈内各组分材料(Nb₃Sn芯丝、铜和环氧树脂)应力-应变分布. 该方法不需要进行大规模的数值建模, 并且与真实复合线圈下的结果对比吻合很好, 由此验证了该方法的有效性和准确性. 最后基于提出的双向均质化分析方法, 详细讨论了Nb₃Sn超导线圈各层材料在电磁力作用下应力-应变随匝数和层数的变化规律.