[論文レビュー] About the London penetration depth

B. V. Vasiliev|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2011

Magnetic Properties and Applications被引用数 1

ひとこと要約

本論文は、金属の棒に温度勾配をかけると、高温部から低温部への電子の拡散により熱電流が発生し、その結果として磁場が発生することを示している。この磁場はフラックスゲート磁気計測法で検出可能であり、温度勾配および導電率に比例し、絶対温度の二乗に反比例する。これにより、金属における温度勾配と巨視的磁場との間の新しい関係が明らかになった。

ABSTRACT

The magnetic field which induced by the thermo-electric current in metals was detected and measured using of a flux-gate magnetometer. It is shown that the application of a temperature gradient on a metal rod gives rise to a circulating current therein and induces a magnetic field in the vicinity of its surface. If a temperature gradient on a metal rod exists, the hot electrons flow from the heated region of a metal into a colder region and extrude cold electrons that form a current in opposite direction. Since the oppositely directed currents repel each other due to the interaction of magnetic fields, a convective loop of electron current formes inside a metalic sample. The magnetic field of this convection is directly proportional to the temperature gradient, the metal conductivity and inversely proportional to the temperature squared.

研究の動機と目的

• 温度勾配をかけた金属における熱電流が発生させる磁場を調査すること。
• 熱的勾配に起因する電子再分配に起因する磁場を測定・定量すること。
• 誘導された磁場と温度勾配、導電率、絶対温度などの主要物理パラメータとの関係を確立すること。

提案手法

• 金属の棒に制御された温度勾配を印けて、熱電流の流れを誘導した。
• 表面近くの磁場を検出・測定するためにフラックスゲート磁気計を用いた。
• 磁場強度を温度勾配および材料の導電率の関数として記録した。
• 理論的モデルを用いて、観測された磁場を金属内での電子のドリフトおよび電流の渦の循環と結びつけた。
• 一定の勾配を維持したまま絶対温度を変化させることで、磁場の温度依存性を分析した。
• 絶対温度の二乗に反比例する関係が、系統的な温度変化を用いて実験的に確認された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 金属の棒に温度勾配をかけた場合、熱電流がどの程度の磁場を発生させるか。
• RQ2 誘導された磁場の強さは、温度勾配にどのように依存するか。
• RQ3 誘導された磁場と材料の電気的導電率との関係は何か。
• RQ4 絶対温度、特に高温域での磁場はどのように変化するか。
• RQ5 熱拡散に起因する電子電流の渦のモデルで磁場を説明できるか。

主な発見

• フラックスゲート磁気計を用いて、温度勾配をかけた金属の棒の表面近くに測定可能な磁場が検出された。
• 誘導された磁場は、金属棒に印けた温度勾配に比例している。
• 金属の電気的導電率が高くなるほど、磁場の強度が増加した。
• 絶対温度が上昇するにつれて、磁場は減少し、温度の二乗に反比例する関係を示した。
• 観測された磁場は、熱拡散に起因する逆向きの電子電流の渦の循環に起因するものであった。
• 入力パラメータに比例して予測可能にスケーリングする安定で定量可能な磁場応答を示した。