柱状缺陷下超导涡旋的动力学研究

拟以电流驱动的具有柱状缺陷的三维各向异性XY模型和分子动力学模拟等方法，研究在具有柱状缺陷的二类超导体中涡旋系统的动力学特性。研究的主要内容为发展有效的算值方法，模拟系统随柱状钉扎的强度和密度、磁场（方向）和温度而变化的电流－电压特征，计算波色玻璃相的两个方向的静态临界指数和动态临界指数，得出各种运动的涡旋相如运动的 Bose 玻璃相、运动的多孔的蜗旋固体相和运动的 Bragg-Bose玻璃相的本质及两步动力学融化的机制，计算磁通脱钉指数，并得出磁通蠕动率，唯象地给出运动涡旋物质与柱状缺陷，热涨落等相互作用的描述，提出可能提高临界电流和不可逆线的方法，并与已有的实验结果相比较或重新解释实验。本项目的研究内容既是当前凝聚态物理和统计物理的重要基础问题，又和超导体的强电应用紧密相关，因而具有重要的基础研究意义。

以电流驱动的带有著柱状钉扎的三维各向异性XY模型，模拟了在柱状缺陷密度较低和强度较小的二类超导体中涡旋物质非平衡态性质，利用电阻分流结动力学，发展出行之有效的并行化算法，系统地探索较大尺寸高温超导系统随外加电流、温度，磁场，无序强度而变化的IV特征。在低温和关联无序密度低时，系统为具有六角相的运动有序相，即为运动的Bragg玻璃相；当温度升高时，运动的近晶相出现。运动的Bragg玻璃相到运动的近晶相是一级融化相变。升高关状缺陷密度，运动的Bragg玻璃相被破坏，运动的Bose玻璃相在低温时出现。在运动的Bose玻璃相，尽管六角的Bragg峰不存在，沿c轴方向的超导相干性依然存在。随温度升高，它可以融化为运动近晶相。我们还发现这个融化与柱状缺陷的强度密切相关。在两种情况下，涡旋位错密度在融化点突变，表示位错扩散主导了动力学融化。在运动的Bose玻璃相中的位错密度高于运动的Bragg玻璃相中的位错密度。因为在运动的Bose玻璃相中，柱状缺陷随在涡旋运动方向的钉扎更有效。因为有更多的位错，在运动的Bose玻璃相中， 即使超导相干保留有限, 空间有序性也是不存在的。.柱状缺陷可以用二维的无序来模拟， 因为在第三个尺度的各点的钉扎势都是相同的。 我们利用电阻分流结动力学，研究了具有不对称的单个的和双模式的周期性钉扎势的二维Joseohson结阵列。在一定的温度， 电流和磁场范围， 发现了显著的棘轮效应。通过研究分析涡旋的分布和相互作用， 我们解释了涡旋棘轮效应的微观行为。我们发现棘轮效应在一定的条件下可以反号及具有整流效应， 这可能是实现新型计算机带来可能。我们发现很多在超导薄膜上的不对称钉扎带来的棘轮效应可以在Joseohson结阵列中实现，而在后者的框架下很方便第调控不对称的钉扎势， 因而具有有潜在应用意义。