软铁磁材料与II类超导体间磁耦合的临界态理论

增进我们对II类超导体（SC）与软铁磁材料（SFM）之间物理耦合的理解，是将 SC-SFM 超结构应用于磁隐身、磁屏蔽和电力传输系统等场景的基础。然而，在后一类应用中出现了一些引人注目且尚未解释的现象，例如 SC 能量损耗的显著上升，以及其磁通密度发生局部但非各向同性的畸变。这些现象表面上与最基础的超导电磁理论即临界态理论（CST）相矛盾，约 20 年来一直未得解释，并导致了对所谓过临界电流密度这一有争议却具范式性存在的接受。因此，为解决这些长期问题，我们通过引入针对圆柱形单芯 SC-SFM 异质结构的半解析模型扩展了 CST，并以 SC 与 SFM 材料间磁耦合的多极泛函变分方法确立了其验证标准。同时给出了针对任意尺寸和磁相对磁导率 $\mu_{r}$（从 $\mu_{r}=5$（NiZn 铁氧体）到 $\mu_{r}=350000$（纯铁））的 SFM 包层的全面数值研究，展示了对于 $\mu_{r} \geq 100$，SC-SFM 超结构的交流损耗如何随 SC 与 SFM 半径发生根本变化。我们的数值技术与模拟还显示出与质疑 CST 有效性的磁光成像观测良好的定性一致，从而证明自场 SC-SFM 异质结构所报道的现象无需引入过临界电流假设即可被理解。