1.5 类超导体系统中的磁通及其动力学数值研究

Type-1.5 superconductor has been paid much attention since its discovery in 2009. However, due to the lack of candidate materials and confusing vortex behaviors, the mechanism for type-1.5 superconductors is still unclear. In this project, employing well-known type-I and type-II superconductors, we propose a new superconducting model, named as "quasi-" type-1.5 superconductor, to investigate type-1.5 superconductor in theories. We use molecular dynamics method and time-dependent Ginzburg-Landau equations to study vortex formation and its dynamics in both "quasi-" type-1.5 and type-1.5 superconductors under macro-，meso-，and micro-scopic conditions. The main purpose of this project is to make clear why vortex lattice and its dynamics in type-1.5 superconductors are unusual. Besides that, we will try to control and modulate the formation and movement of designated quantum vortices in the device for future applications by means of the unique vortex dynamic property in type-1.5 superconductor.

1.5类超导体自2009年被提出以后，一直受到广泛关注。由于1.5类超导体中磁通行为的异常表现及其产生原因还存在争议，并且可供选择的1.5类超导体材料有限，其研究进展一直比较缓慢。为便于理解和控制1.5类超导体中的磁通本质及其动力学规律，本项目率先提出了利用熟知的第I类和II类超导体建立一种稍微有别于1.5类超导体的、既简化又容易用实验实现的“准”1.5类超导体模型，在理论上我们采用分子动力学和有限元方法结合含时金兹堡-朗道方程分别模拟计算出各种尺度下“准”1.5类和1.5类超导体中的磁通分布、磁通图案以及磁通的输运性质，并对它们进行分析比较。通过本项目的研究我们将解释“准”1.5类和1.5类超导体中磁通分布和动力学行为异常的根本原因， 并利用“准”1.5类和1.5类超导体中磁通动力学的独有特性，分析磁通量子的形成和并对其运动进行调控，为将来的超导磁通量子应用提供重要的理论依据。

1.5类超导体自2009年被提出以后，一直受到广泛关注。由于1.5类超导体中磁通行为的异常表现及其产生原因还存在争议，并且可供选择的1.5类超导体材料有限，其研究进展一直比较缓慢。为便于理解和控制1.5类超导体中的磁通本质及其动力学规律，本项目率先构造了一种稍微有别于1.5类超导体的准1.5类超导体模型，在理论上我们采用分子动力学和有限元方法结合Time Dependent Ginzburg-Landau-Lawrence-Doniah（TDGLLD）方程组分别模拟计算出各种尺度下准1.5类和本征1.5类超导体中的磁通分布、磁通图案以及磁通的输运性质，并对它们进行分析比较。通过本项目的研究我们发现：1）在不加驱动电流情况下，准1.5类和本征1.5类超导体薄膜中的磁通结构都呈现小块状、条状等蔟状结构，这与实验观测到的结果完全一致，是目前该领域内最接近实验的理论模拟。2）在多带超导体中，每个磁通是由各个带中的分数磁通组合在一起形成量子数为1的基本组合磁通 $phi_0$，在准1.5类超导体中，由于上下层中的磁通性质不同，因此在小驱动电流情况下，磁通组合是稳定的。随着驱动电流的增加，柱状磁通的磁场线开始弯曲直至分裂成两个完全独立的上下两个磁通。我们观测到各层中磁通的不同运动轨迹和丰富的I-V曲线。3）在介观情况下，我们发现巨磁通和分数磁通可以相对稳定地出现在样品中并随着不同外部条件去分裂或组合，这对未来的磁通量子器件研究具有重要的科学意义。4）另外在弯曲超导薄壁中，我们发现样品的曲率可以改变超导的临界温度，我们给出了不同于前人的理论依据和模拟成果并且相信这是一个比较有科学意义的探索。