專利名稱：超導系統(tǒng)的制作方法
超導系統(tǒng)
本發(fā)明主要闡明磁化超導體之設備及方法，特別對于超導磁通泵
(superconducting flux pump)和新型的己磁化超導體。
超導磁通泵的概念相對來說較為直觀重復施加一弱磁場在超導體內 部產生一較大俘獲磁場(trapped magnetic field)，其大小取決于超導體的體 積以及通過的臨界電流，而與施加的勵磁磁場無關。只要此超導體一直保 持低溫狀態(tài)，產生的俘獲場即可在無外加電流之下仍維持恒定。
此專利報告提出一新技術的實現(xiàn)方法，能使得產生1特斯拉以上的強 磁場更為容易。不僅如此，實施例中除了部份磁化磁場需相當程度與平面 磁體達成垂直外，其磁場均可以范圍內任意隨時間或空間變化的自訂磁場 分布磁化之，例如在空間中產生一均勻的磁化磁場或是一行波磁場 (traveling wave field)。
廣泛來說，此專利技術的實現(xiàn)采用能「儲存」磁場的媒介，此媒介通 常為一超導體。驅動此媒介以達成其磁化乃藉由一可變磁態(tài)的材料一例如 可由順磁態(tài)轉變?yōu)殍F磁或逆磁態(tài)；當可變磁態(tài)材料產生磁相變時，其磁場 的改變會在超導媒介中產生感應電流以磁化(或去磁化)此超導媒介。此 報告所闡述的技術之實現(xiàn)一如文中討論之幾何和(或)方法的實現(xiàn)一在廣 泛的應用中可見遠瞻的前景。
本發(fā)明的第一層面為改變超導體磁化之方法自動化控制一磁場以生
成一通過超導體表面的行波時變磁通。
此一改良方法藉由重復施加一行波磁通于超導體上，由此一來，每次 磁場的通過均會產生持續(xù)電流并在超導體內儲存更多的增量磁通。在具體
化上，此一通過的行波磁通所施加的磁場值超過超導體之臨界磁場；例如 第一類超導體中的第一 (且唯一)臨界場。若是使用第一類超導體，此一 行波磁場必須足以驅動整個超導體內的磁力線；這樣的磁力線便可被驅導 至超導體內部區(qū)域，例如到達超導體材料中心。
具體化此方法較優(yōu)化的選擇為使用第二類超導體以及施加大于超導體之第一級臨界磁場(HC1)的行波磁通。典型的第一級臨界磁場很小，約20毫特斯拉左右，而原則上本方法可允許超導體材料的磁化程度到達第二 級臨界磁場(HC2)，大小可超過l、 5、或10特斯拉，甚至達到40、 50特 斯拉。在實踐上，二平行電流造成的強磁場所產生的互斥力會在材料上導 致強應力，尤其在高溫超導材料上，當?shù)竭_此應力范圍上限時，可能需要 采用某些機械限制。本發(fā)明藉由施加的時變行波磁通(亦即行波磁場)累加或遞減超導體 材料內的磁化程度達成超導材料的磁化、去磁化，或動態(tài)改變超導的磁化 程度。當對超導材料充磁時，磁場被控制成能夠在每次行波磁通掃過超導 體表面后增加材料內之俘獲磁場，如此一來，數(shù)次弱磁場掃描便可以在超 導體內迭加出相當強的磁場。原則上行波磁場可以由一繞組生成，但本發(fā)明中使用較優(yōu)越的固態(tài)方 法(solid-state approach)。由此可以更好的實現(xiàn)自動控制充磁磁場，具體來 說便是控制超導體表面的可磁化材料層中之有序磁脈波。從專業(yè)角度看來， 本方法的優(yōu)點為可磁化材料毋需直接接觸超導體表面，可將兩者分離的優(yōu) 勢會在之后詳述；然而，可磁化材料與超導體表面最好能夠保持一定程度 的接近以避免產生過多漏磁并增加充磁效率。與超導體具有相似尺寸的可 磁化材料層是較好的選擇，其厚度由數(shù)微米到數(shù)毫米不等。在較好的實施 例中，可磁化材料層的制程采用厚膜或薄膜技術。本方法中的磁通順序涵括任何廣為人知的磁序種類，例如鐵磁性、亞 鐵磁性、逆磁性等以及其變態(tài)如傾角(canted)磁性、螺旋(helical)磁性、 低維(reduced dimensionality)磁性和其它各種磁通順序。然而廣泛來說， 有序磁脈波是由一組特定類型的磁排列組成；例如行波磁波可由一行進之 磁序脈波組成，或在一其余有磁序材料中通過一無磁序的脈沖一其效果等 同于磁通變化?？纱呕牧媳旧聿恍杈哂泻艽蟮淖园l(fā)性磁場，在此情況下的充磁磁場 的替代方案可以藉由改變(降低或等量增加)可磁化材料的區(qū)域磁阻來集 中一獨立外加于超導體的磁場。此種磁序便是由分配不同磁阻的磁通路增 加區(qū)域性外部磁場所造成的。在某些特別實施例中，在導體中施加一脈沖電流所產生的行波熱流可用來加熱(或冷卻)電流導體。需選擇不同的導體特性，如阻值、尺寸， 以及(或)改變通過脈沖電流的大小來達成特定的加熱(冷卻)結構，此 生成的行波熱流可控制磁通順序。例如， 一脈沖電流可以產生一通過導體的脈沖熱流，將超導體材料區(qū)域性加熱超過居里點(Curie point),藉此在有序的超導體材料中產生一區(qū)域性磁序擾動脈沖。在眾多良好的磁性材料 中，普魯士藍(及其類似物)被認為是適宜本方法的磁性材料之一例。磁 性材料的選擇取決于生成的行波熱流大小以及(或)超導臨界溫度等等。 然而，在實施例中，磁化排序發(fā)生于一有序溫度，而此熱波在材料內產生 一溫度的變化將按照其有序溫度從材料的一側轉移至另一側。本發(fā)明另一層面為磁化超導體的方法藉由在目標超導體上重復施加一大于其臨界磁場的外部充磁磁場。此方法在某些優(yōu)質的磁化實施例上，超導體的磁矩最少可達到充磁磁場的1.5倍。然在重復施加磁場的應用上，超導體內磁矩可達到外部重復充 磁磁場的2、 5、 10甚至100倍以上。此處提出一用來磁化超導體的系統(tǒng)以為本發(fā)明互補，磁化系統(tǒng)由一套 產生通過超導體表面的行波磁場的時變磁通生成裝置所組成。磁通生成裝置自帶有一套控制系統(tǒng)，可控制超導材料中的磁通順序以 產生充磁行波。精確的說，此控制系統(tǒng)可被設置為可生成行波熱流，并由 此改變超導材料內的磁通順序。意即此控制系統(tǒng)包含例如由可調控電流源 驅動的導體以輸出目標驅動電流波形，例如一脈沖型驅動電流。上述方法說明，控制如普魯士藍及其類似物類等可磁化材料層片內的 磁通順序可以生成一重復施加的充磁磁場。雖然在預設的實施例上，我們 采用熱流波達成磁化的實現(xiàn)，但某些可磁化材料，包括稍后列出的數(shù)種普 魯士藍的類似物，能夠使用如激光之類的光磁化之。此類以光學設備及方 法磁化的實施例，其施加于超導體上的充磁磁場乃由改變光通過可磁化材 料的路徑所產生，例如以激光掃描過整片可磁化材料。此外，本發(fā)明亦提出一超導磁通泵；此一超導磁通泵組成元素包括-一層超導體材料、 一層覆于前述超導體材料上的磁性材料，此磁性材料能 在兩種磁態(tài)間行熱轉換，其中至少任一磁態(tài)可磁性連結超導材料層；除了 超導磁料層和磁性材料層外，構成此泵的另一元素為一和前述磁性材料層熱接觸的導體，此導體的配置使其能夠藉由內部通過的電流控制磁性材料 層的熱轉換。一層置放于超導材料層和磁性材料層之間的間隔材料可提供更好的熱 絕緣(例如在使用動態(tài)熱脈沖生成充磁行波磁場的實現(xiàn)方法)以及(或) 電絕緣(例如使用導體產生取決于磁性材料的熱導系數(shù)和導體的位置的動 態(tài)溫變)。除此之外或另一選擇，磁性及超導材料實際上可以被分隔開來， 例如位于超導磁通泵裝置中的不同部位或是分別位在不同的封裝中?；蛉?同在磁通泵實施例中，超導體可以被安裝在一形如令牌的支架上，由此一 來，借著置放超導體與磁性材料，使兩者的距離夠近并足以運作磁通泵的 情況下，超導體可被充電及/或放電。換句話說，超導磁通泵的支架可插入 由磁性材料如普魯士藍制成的充/放電裝置，配有理想的電子電路和提供充 磁磁場的磁體或線圈。本發(fā)明又進一步提出一兩段式超導磁通泵，此裝置的第一部份由超導 體材料構成，第二部分為改變超導體材料磁化量的充/放電裝置。此一充/ 放電裝置至少包含一組可變態(tài)磁性材料以及一組用來切換其磁態(tài)的轉換系統(tǒng)；將超導體材料定位于此裝置毗鄰磁性材料的位置上。藉由控制磁性材料的磁態(tài)切換即可改變超導體的磁化。對于充/放電裝置中的磁態(tài)切換系統(tǒng)， 熱切換系統(tǒng)是為較優(yōu)的選擇，亦可將磁體或線圈納入系統(tǒng)內以生成充磁磁 場。超導體材料的選擇上偏好使用所謂的銅氧化物超導體(cuprate superconductor),尤其是,乙鋇銅氧4七物(YBCO-yttrium barium copper oxide)之類的高溫超導體。本發(fā)明亦提供一具有一群單元點之超導裝置，其中每一單元點均包括 一上述之磁通泵。(專業(yè)人員應當了解本文提到的超導裝置以及超導磁通泵 等并不僅限狹義處于其超導狀態(tài)下的裝置或超導磁通泵。)一旦實施例中的第一個單元點被磁化后，其周圍單元點的外磁場會增 加，因此整塊普魯士藍的外磁場均會增加；是以在第二個單元點被磁化時， 通過磁通泵過程產生的磁化程度會大于第一個單元點。因此首先被磁化的 超導體單元可用來協(xié)助第二個超導體單元的磁化；較先被磁化的超導體單 元，由此類推，有助于稍后超導體單元之磁化。可見本發(fā)明提出磁化一系列相鄰超導體的技術，此技術藉由磁化序列 中的第一個超導體單元，并以其中生成的磁通連接序列中第二個超導體單 元并磁化之，由此類推。本發(fā)明亦提供達成上述磁化系列超導體的系統(tǒng)，此系統(tǒng)包括磁化超導 體單元的技術以及利用其連接磁通序列磁化其鄰近的超導體單元的方法。上述超導磁通泵裝置可用來生成點陣化(pixellated)的磁場，值得注 意的是，其方向垂直于裝置平面，且其大小和形狀可由每個單元點的磁化 程度定義之。因此容許特殊形狀磁場的生成，例如在平面上生成一塊區(qū)域 平板磁場。本發(fā)明更進一步提出定義區(qū)域磁場的方法，包括一組超導磁性單元群; 和控制前述超導磁單元群以定義前述的區(qū)域磁場。專業(yè)人員會理解所謂超導磁單元群可以為同一塊超導體的一部分，亦 即前述可磁化材料層和(或)超導體材料可以為一層連續(xù)材料，例如以單 元點圖形化(參照后述的圖lb和lc)。更進一步的實現(xiàn)中，磁開關材料層 可以包括一連續(xù)材料層(如后述圖lb)。通常實施例會提供一間隔材料或熱 絕緣層介于可磁化或磁開關材料層與超導體或超導性材料層之間，但在某 些實施例中可以不使用此一絕緣層，例如工作于超導體臨界溫度之下的磁 開關材料層，尤以工作溫度遠低于臨界溫度者為佳(例如使用普魯士藍或 其類似物以及釔鋇銅化合物的狀況下)。本發(fā)明亦包括相關的超導磁性裝置，此裝置涉及一超導磁性單元，此 超導磁性單元帶有一超導體區(qū)塊以及一施加行波磁波于前述超導體區(qū)塊的 系統(tǒng)。這項超導磁性裝置包含一組用來將指定的超導磁性材料尋址之電極， 并施加一行波磁波以磁化(或去磁化)尋址后之單元。如同前述，本裝置 可更好的由一組磁性單元點組成。每一個單元點都可以構成一超導磁通泵， 精確的說，是配以一用單元點圖形化的可磁化材料層以及和其對應的一群 超導磁性單元。實施例中的可磁化或磁開關材料和(或)超導體材料可以 為一連續(xù)材料層并選擇性(非必要性)的以一絕緣材料層隔離之。用來施 加磁波之系統(tǒng)偏好由一用來磁化(或去磁化)超導體的可磁化材料區(qū)塊構 成；更好的系統(tǒng)進一步包括至少一導體，用來施加熱行波于可磁化材料之上，并藉由改變磁性材料的磁序產生可磁化材料之行波磁波(變動磁場)。 本發(fā)行進一步提出一可磁化超導體，其包括一超導表面，位于此表面
上之可磁化材料層以及一介于兩者之間的熱絕緣區(qū)域。
此一熱絕緣區(qū)域在實現(xiàn)上涉及一氣隙，亦即能區(qū)隔可磁化材料層與目
標磁化(或去磁化)超導材料層。在此所謂表面并不局限于平面。
可磁化材料層偏好使用在溫度低于100 K且高于所述超導體在無磁場
情況失去其超導特性之溫度的條件下，所述材料磁序會自動排列。如鐵磁
或亞鐵磁材料的居里溫度相對接近超導材料之臨界溫度，例如在不超過10
K， 50K或100K以上。然而在某些狀況下，實施例仍然可操作于較大溫 差條件下，例如500 K甚至1000 K，其溫差耐受度取決于熱絕緣程度。值 得一提的是，在某些配列下，熱絕緣區(qū)域只需提供部份熱隔離甚至可以被 省略之。
另一方面，本發(fā)明提供一具有一表面之己磁化超導體，以及一以上述 表面法向量定義之軸；在沒有外加磁場的情況下，此己磁化超導體具有至 少一個區(qū)域，大體上區(qū)域中的磁場強度隨與前述軸的距離增加保持定值。
在傳統(tǒng)平面形磁體的去磁化中不能制造表面分布有近似常數(shù)之磁矩的 磁體。傳統(tǒng)上，這種形狀的磁體其磁矩會向磁體中心下降。相反地，本發(fā) 明實現(xiàn)的技術則使磁體之磁矩向其中心方向增加，例如一盤形超導體的磁 矩向盤中心近線性增加的實現(xiàn)。循環(huán)電流的建立在概念上可以視為一群同 心的扁平線圈。在這些虛擬扁平線圈中帶有幾為相同的電流，其合成磁場 向超導體的對稱軸增加。借著變化變動磁場產生不同大小的感應電流，可 以產生任意合成磁場，其大小趨勢介于向對稱軸中心增加與向中心軸減少 之間，特別是一與中心軸距離無關之恒定值磁場(意指跨越中心軸垂直于 平面之磁矩至少在平面的中心區(qū)域保持幾乎定值)。有許多用來建立循環(huán)電 流的方法可以采用。其中之一使用向超導體之對稱軸遞減之錐形導體；另 一方法是使用前述之點陣化的可磁化超導體在平面之目標區(qū)域上產生一定 值常數(shù)磁場。
本發(fā)明更進一步提出一已磁化超導體，此一已磁化超導體帶有一群近 似同心之循環(huán)電流，其循環(huán)方向相同但相對量值不同。
在前述的磁化技術實現(xiàn)上， 一中央環(huán)流以相反于同心循環(huán)電流群之方向流動。此處描述的技術可以產生強大磁場，例如磁矩峰值達到1特斯拉、2.2特斯拉、2.3特斯拉以上的強磁場(專業(yè)人員會理解超導體的磁矩與其磁化程度互為同義)。由此產生的磁場大于由現(xiàn)今電性材料中獲得的磁場。 本發(fā)明亦提出一近似平面之己磁化超導體，其磁矩至少為l特斯拉。舉例來說，使用一典型之高溫超導體，其帶有101Q安培每平方米(A/m2) 之臨界電流密度(Je)，要產生1.4特斯拉的磁場在實現(xiàn)上需采用直徑1毫 米、厚度90微米的平板超導；若要采用直徑5毫米的平板超導體產生相同 大小的磁場，經計算有效厚度約為45微米。此類型的超導體，僅需20毫 特斯拉至30毫特斯拉重復施加之勵磁磁場，即可將其磁化至1.4特斯拉。本發(fā)明所使用的基本原理乃是使用熱流感應一動態(tài)磁場，由此造成一 產生電流之電場。前述的具體實現(xiàn)即為在超導體內感應一持續(xù)電流，藉以 生成一持續(xù)磁場。事實上，此處闡述之技術可以使用于任何電導體(并不 僅限于超導體)。在實現(xiàn)本發(fā)明的各方面所使用之超導體可以取代以任何能 夠在裝置中扮演產生電力之熱發(fā)動機的傳統(tǒng)導體。于是此一發(fā)明亦提出一由熱源或光源產生電力之熱或光發(fā)動機，此發(fā) 動機涉及將光度或溫度變化轉換為磁場變化之方法；以及將前述之磁場 變化轉換為電力之方法。發(fā)明人認為相似之概念可被采用為高效率太陽能電池的基礎。由此可見，本發(fā)明的延伸層面提出一太陽能電池，包括第一層材料 構成一可磁性交變光透射的窗口；位于第一層窗口之下的第二層磁開關材 料，其具有光響應磁化性；以及位于前述磁性材料生成之磁場中的導體。 當光透射進第二層磁開關材料中，其內分子震蕩產生了前述磁化程度之改 變，并在導體中感應生成電流。第一層材料偏好由液晶材料組成。在太陽能電池的實現(xiàn)中包括磁化磁 開關材料的方法，例如使用永久磁體產生一磁化磁開關材料的磁場。由此開始，要進一步舉例說明本發(fā)明的各個層面，隨例參照圖說明如下

圖1表示一超導磁通泵之立面圖；圖2表示由多個上述磁通泵單元組成的超導磁通泵，其中每一泵單元可為圖l所表示的類型之一；圖3表示圖一所示之的裝置俯視圖，采用圖2裝置所表示的泵單元尋 址范例；圖4為一模型之范例幾何結構；圖5至7演示了當磁場掃過超導體中心時，其中發(fā)生的系列步驟(由 于左右對稱，本圖僅繪出超導體的右半部以為代表)；圖8描述超導環(huán)中心的俘獲磁通(平均磁場對于超導磁通泵之數(shù)量關系)；圖9演示和圖7磁化過程相近之去磁化程序以為輔助； 圖10描述去磁化過程中，超導環(huán)中心的俘獲磁通(平均磁場對于超導 磁通泵之數(shù)量關系)；圖ll表示一磁超導體范例；以及 圖12描繪其磁通加乘效應； 圖13表示一太陽能電池范例；圖14描述一具體實施本發(fā)明說明之各項技術的實驗裝置；圖15繪出一范例釹鐵硼的磁化曲線；圖16為一范例圓柱型普魯士藍對切后之俯視及截面圖；圖17為一普魯士藍之同構型元素在不同溫度下的磁滯回線；圖18a及b分別繪出圖14所述設備的中心探測點和邊緣探測點所測加熱及冷卻過程磁通密度(毫特斯拉)對于溫度(K)的關系；圖19描述中心及邊緣探測點加熱(右側刻度)及冷卻(左側刻度)過程于臨界溫度的邁斯納(Meissner)轉換；圖20描述中心及邊緣探測點之數(shù)個泵浦周期中，磁通密度(毫特斯拉)對于溫度(K)的關系。圖21表示一個及多個泵循環(huán)周期， 一中心探測點量測之磁通密度(毫特斯拉)對于溫度(K)之圖。 一不連續(xù)現(xiàn)象發(fā)生于超導體失去其超導特性之過程曲線；圖22a及b表示無超導體下的控制曲線； 圖1繪出超導磁通泵之立面圖，而圖2表示此磁通泵之一群泵單元，其中每一泵單元均可為圖1中之一類型。在一些預設的實施例中，組成此一系統(tǒng)的元素包括1) 超導層2) 絕緣層3) 磁開關層4) 熱源/電導層其幾何結構圖標于圖1及2中。圖1表示其中一元素的立面圖；圖2 為一群元素之俯視圖。圖1圖2兩者均僅用來闡述本發(fā)明之原理，并非作 為最終裝置的表述。有不同形式之熱源，可用其驅動超導體之法向量以發(fā) 生急速去磁化，或是依發(fā)明之簡潔起見，以圖lb所示一連續(xù)超導體層及(或)圖lc所示之連續(xù)隔離層。簡述圖l之更多細節(jié)，在所有圖la到lc中，超導層1均與冷卻槽5(直 接)熱接觸。 一熱絕緣層2覆蓋于超導層1上在圖la中，全面覆蓋超導層并與冷卻槽接觸；圖lb中，覆蓋超導層之上表面；而在圖lc中，此絕 緣層僅部份覆蓋超導層之上表面。繪于三圖之任一實施例中，絕緣層2將 大部分或全部的磁開關材料層與其下之超導體層隔開(在圖lc中，磁開關 材料層3之部份與超導層接觸，特別是在邊緣部份)。第四層可由熱源及(或) 電源或熱導體組成，偏好與磁開關層3直接接觸，并可選擇性的與隔離層2 直接接觸(圖lc)，且可和冷卻槽接觸(圖la)。圖la到lc所示之結構單 元可復制于一整個區(qū)域，如此一來一或多個超導層、磁開關材料層以及隔 離層可以構成一連續(xù)材料層。除所繪范例外，層4 (或由導體構成)可以覆 于磁開關材料上而非圖lb所示介于磁開關材料之間。更進一步的實施例中， 隔離層可被省略，例如在磁開關材料(例如普魯士藍及其類似物)工作溫 度低于，最好相當程度低于，超導體(如釔鋇銅氧化物)之臨界溫度。圖2所示為均勻的網格狀導體/熱源。在實際運用以及特殊情況上，若 是需要一固定的場圖形則不在此例。例如將不同磁單元以不同次數(shù)開關之 可產生一均勻的磁場分布，或使每一單元具有不同的尺寸。雖然圖2之單 元點分布將所有的單元點繪成近似等尺寸之單元，但專業(yè)人員會理解(在 一個裝置之內的)單元點可以具有不同的大小。接著敘述超導磁通泵較好的嵌入方式，超導層由下方保冷并由上方熱 絕緣層隔離之。冷卻頭與磁開關材料熱耦合。典型的層4由一電流通過之導體(或一組導體)來調節(jié)頂層(磁性材料層)之溫度。此分配使得我們 可能沿磁開關材料送出熱脈沖以切換其磁態(tài)，由磁性切換至非磁性或反之， 并由此生成通過超導體之磁波。當此一磁波通過超導體時，磁通會被俘獲 于超導體中，而總俘獲磁通的大小取決于送出脈沖的次數(shù)。由此可以產生 正確的磁場分布。此一磁通可充升至較大值或減降之。磁場分布一旦建立， 在超導體溫度恒定下，此磁場分布亦保持穩(wěn)定。圖3表示圖1所示裝置之俯視圖，并為圖2之裝置示范一磁通泵單元之尋址，圖3繪出三個單位單元。圖中的電流被導向中心單元以在磁材料的邊緣產生一加熱區(qū)域。開關， 一般為晶體管，使電源導軌上的電流可 以被導向或導離導體(圖中接鄰磁性材料層之斜線部份)。磁性材料目前用以測試的磁開關層材料為普魯士藍類似物。 一般來說，此類材 料進行由鐵磁至亞鐵磁磁序轉變的溫度接近釔鋇銅氧化物之臨界溫度。下表歹lj出一部分此類型材料(由Molecular Magnetism from Molecular Assemblies to the Devices, Ed. Eugenio Coronado et al)。已被4吏用至今的材茅斗 例如Ni，/[Crm(CN)6]以及C8H20NNi"[Crm(CN)6];更多的實驗細節(jié)會在稍 后詳述。然而技術人員應理解任何磁性材料均可能作為磁開關層；本技術 亦可被應用于可變逆磁性材料上。唯一的要求是在接鄰超導體處感應生成 一變動磁場。CsNiU[Cr^CN)6]. 2H20為一有用之化合物因釔鋇銅氧化物之臨界溫度 (Tc)為93K; 0A[Crm(CN)6]2. 15H20為一有用之化合物因其臨界溫度 (66K)近似于氮氣之冷凍溫度(64K)。普魯士藍類似物；F和F1分別表示鐵磁及亞鐵磁序化合物<formula>formula see original document page 17</formula>超導體材料
銅氧化物，例如釔鋇銅氧化物，制造于薄膜、厚膜以及塊體材料，由
于其具有相當高的臨界溫度并可產生高俘獲磁場是為較好的超導體材料； 但理論上可以使用任何第二類超導體材料。別于釔鋇銅氧化物的選擇乃將 其中的釔由其它稀土元素如釓(gadolinium)或銣(rubidium)取代(此種 超導體通常稱為稀土鋇銅氧，REBCO)。其它的替代方案有2212型態(tài)或 2223型態(tài)之鉍系超導體(BSCCO)、 二硼化鎂(MgB2)，其優(yōu)點為成本低 廉但其臨界溫度亦較低(為30多度K)。其它還有相當多可使用的材料， 例如鑭系元素(lanthanides)、鉈化合物或汞化合物。
另有許多材料可說為有機超導體(organic superconductors),包括 Bechgaard鹽、法布爾鹽(Fabre salts)等準一維(quasi one-dimensional)超 導體；準二維超導體如Kappa-BEDT-TTF2X、 lambda-BETS2X和石墨層間化 合物(graphite intercalation compounds); 以及三維材料如Alkali-doped富勒 烯(fullerenes )。
銅氧化物的選擇可以參照「 Superconducting materials - a topical overview」，Hott, Roland; Kleiner, Reinhold; Wolf, Thomas et al.(2004-08-01)oai:arXiv.org:cond-mat/0408212。 包含 高溫超導系 Bi-HTS(Bi-m2(n-1 )n，BSCCO); Tl -HTS(T 1 -m2(n-1 )n,TBCCO);
Hg-HTS(Hg-mV 1 )n,HBCCO); Au-HTS(Au-m2(n-1 )n);
123-HTS(RE-123，RBCO); Cu-HTS(Cu-m2(n-l)n); Ru-HTS(Ru畫1212); B-HTS(B-m2(n-l)n); 214-HTS(LSCO，，0202，，)； (E'e"腦-Do— HTS PCCO NCCO); ("02(n-l)n，，)； /咖"e-La戸HTS (￡/e"ra"-Z)o—/丄).
發(fā)明人建立一模型以為發(fā)明原理之左證，此模型中的磁場依照前述機 制由一超導環(huán)外掃入超導體內。此模型中的幾何形狀乃為簡化計算而采用， 本裝置在上述之方形幾何形狀(或任何幾何形狀)均可良好地工作。
本模型使用之參數(shù)超導體厚度為3.5厘米、臨界電流密度為1010安培 每平方公尺；磁體厚度為2厘米、提供強度20-30毫特斯拉垂直于超導表 面之磁場。
圖4表示范例模型之幾何形狀。圖5描述當磁場掃入超導體中心，其 中發(fā)生的系列步驟(由于左右對稱，本圖僅繪出超導體的右半部以為代表)。 在本例中假設磁場乃由一從左向右移動之小磁體所生成；每一步驟中，小 磁體位于緊接記號500下。(在步驟2中，502號位置上，來自于步驟l之
磁場和新磁體位置生成之磁場并不會完全抵銷，因為步驟1中，并非所有 的感應磁通都能被超導體所俘獲。)兩個泵的系列步驟也逐步的圖解于圖6 中，圖7接著描繪了10、 50、 150、 250以及300個泵的狀態(tài)。在這些圖中， 藍色區(qū)域(B)是流入頁面的電流而紅色區(qū)域(R)是流出頁面的電流。隨 著循環(huán)次數(shù)增加，藍色區(qū)域亦越來越大，當超導體內部布滿電流時，即己 達到俘獲磁場的物理限制。此一物理限制取決于超導體的臨界電流密度以 及其體積。
圖8之曲線描述磁場如何隨著泵數(shù)目而增長之關系。因此圖8所繪為 超導環(huán)中心之俘獲磁通(平均磁場對于泵數(shù)目之關系)。
此系統(tǒng)無論在磁體切換為開或關時均工作良好，只不過其具有相反的 功用。圖9即表示此一去磁化過程作為圖7之補充。圖10則繪出去磁化過 程中，超導環(huán)中心的俘獲磁通(平均磁場對于泵數(shù)目之關系)。
圖11描繪一圓柱形超導體之磁力線。其空間分布疏密代表局部磁通密 度，平均分布的磁力線則表示一常數(shù)磁通密度。圖12則表示磁通加乘效應。圖12a中， 一弱外加環(huán)境磁場將單元點1
磁化(箭頭表示磁場方向；其空間分布疏密表示磁通密度)。圖12b鄰近的
單元點除外加磁場還有單元點l磁化后帶有的磁場，于是單元點2之泵浦
現(xiàn)可產生比單元點l上的磁泵更大的合成磁場。
更仔細說，假設單元點1被一重復施加的30毫特斯拉之磁場磁化至 300毫特斯拉，單元點2和3各分到150毫特斯拉，于是在這些單元點上 的有效磁場為180毫特斯拉(150+30毫特斯拉)；由此下去，接續(xù)被磁化的 單元點或超導體所產生的磁場將隨著愈大的磁化磁場加乘之(在此例中， 若下一步磁化磁場成為1800毫特斯拉，再下一步即會成為18特斯拉)。雖 然到達某程度，可磁化材料(普魯士藍)將會飽和，但本技術可貴之處在 于利用此型技術可以快速獲得非常強的磁場。
以上所言己敘述了超導磁通泵的基本操作以及提出了一模型以展示其 原理。圖中所描繪的實施例均為最簡化之裝置示意圖，而且值得一提的是， 理論上可有多個磁性材料層，其中磁體的切換可以按順序開關以提升泵浦 的速度；或是為了相同的目的，不同磁性材料層具有不同的臨界溫度，如 此一來當某層增加超導體中的俘獲磁場時，另一層減少之。
事實上，本發(fā)明由兩個概念結合而成。第一，乃使用可在非磁性及磁 性態(tài)(磁性態(tài)可為鐵磁性、亞鐵磁性或逆磁性)之間轉變的材料，生成磁 場掃過所謂的「磁場容器」(典型來說為一超導體)。此一過程可進行任意 次數(shù)(包括一次)并可用來提升或降低最終的合成磁場。第二個概念即為 「點陣化」磁場以建立磁場圖形的原理。此處「點陣化」磁場的目的在于 能夠區(qū)域性改變磁場之密度以及強度；其重要性的眾多原因之一首先可以 理解為，假設需要一均勻分布之磁場， 一群磁化程度相同或是均勻分布于 一平面上的單元點是不能達成此目標的。
這個概念之所以意義重大，原因包括
1) 其獨特之幾何形狀(一般狀況下是不可能產生一與短 距離軸，亦即平面之法向量，平行之強磁場)。
2) 目前并沒有實際可行的方法，能夠不需借著施加至少 等強的磁場即在超導體中俘獲大量的磁場；本方法所使用為重 復施加之低磁通密度的磁場。3)量化空間中的磁場及其量值代表可以生成許多包括靜
態(tài)和動態(tài)的場圖形；而無線圈的實現(xiàn)代表此處不需存有電感造 成的限制。
上述之概念亦可用于熱機的制造，如前所言，亦可應用于高效太陽能 電池。圖13即表示此裝置之一例，具有三層。第一層由液晶材料組成，在 磁場的存在下切換于第一態(tài)，偏好為幾乎透明的狀態(tài)，及第二態(tài)，偏好為 幾乎不透明的狀態(tài)，之間。適當液晶材料之 一 例為 4-n-pentyl-4，cyanobiphenyl，又稱為5CB。此裝置的第二層位于第一層之下 (在太陽能電池的應用中，沿光入射方向視之)，由光響應之磁性材料層構 成，例如1,3，5-trithia-2,4,6-triazapentalenyl (TTTA)或其它由光子感應磁化 效應的化合物或L正SST。此裝置亦包括了由導體組成的第三層。裝置工作 時，光通過透明態(tài)的液晶，切換磁性材料(普魯士藍)之磁態(tài)以導致磁場 的變化。如此一來便在導體內產生感應電動勢以及電流；磁場的變化亦使 液晶轉為不透明態(tài)，使得磁開關層再次處于黑暗狀態(tài)，另一次的磁場改變 及其感應電流便由此而生。當液晶再次成為透明態(tài)時，另一個循環(huán)即重新 開始。
更仔細的討論圖13，其表示一處于永久磁體產生的磁場中的范例太陽 能電池，并包括，當磁開關層(絕大多數(shù))工作在相當?shù)蜏貭顟B(tài)下時，一 或多個位于磁開關層下之線圈/導體。
上述例子中，有許多可選用的液晶材料，舉4-n-pentyl-4，cyanobiphenyl (5CB)為例，其態(tài)轉換發(fā)生于400高斯(或0.04特斯拉)。態(tài)轉換即為在 偏振光照射下由不透明態(tài)轉為透明態(tài)或反之。(參見"Magnetic-field-induced Freedericksz transition and the dynamic response of nematic liquid-crystal films with a free surface" Shyu-Mou Chen and Ting-Chiang Hsieh， Phys. Rev A43， 2848-2857(1991) [Issue 6-15 March 1991])。
有些磁性材料之光態(tài)轉變(photoshift)發(fā)生于室溫附近。 l,3,5-trithia-2,4，6-triazapentalenyl (TTTA)即為一例，其臨界溫度為296 K 且在在順磁態(tài)與逆磁態(tài)間轉換。(H. Matsuzaki, W. Fujita, K. Awaga and H. Okamoto， "Photoinduced phase transition in an organic radical crystal with room-temperature optical and magnetic bistability"， PHSICAL REVIEWLETTERS 91(1): Art.No 017403 JUL 4 2003)。
亦有許多普魯士藍之類似物會在低溫溫度時對光響應，因此可根據(jù)本 發(fā)明中用于超導磁通泵之實現(xiàn)。第一個由Hashimoto之團隊所發(fā)現(xiàn)的類似物 乃鈷、鐵為基調的化合物如K0.2Col.4[Fe(CN).6] . 6.9H20和 K0.4Col.3[Fe(CN).6]. 5H20 (參見Sata ) ， Iyoda T. Fujishima A, " a/. "Photoinduced magnetization of a cobalt-iron cyanide" SCIENCE 272 (5262): 704-705 MAY 3 1996; and Sato O, Einaga Y, Iyoda T, a a/. "Reversible photoinduced magnetization" JOURNAL OF THE ELECTROCHEMICAL SOCIETY 144(1): 111-113 JAN 1997 )。 或以鉬元素為基調如 Cu"2[MoIV(CN)8]. 8H20 (S. Ohkoshi ^ a/" C7ze附丄e".， 4, 312 (2001); 爿肌 C7zem. Soc., 128， 270 (2006); T. Hozumi ef a/.， J」m. C/2ew. 5bc.， 127， 3684 (2005))--然而此化合物在某些應用中可能無法提供足夠的磁場?；蛉?Rbo.wMn,.o5[Fe(Cn)6] . 0.6H2O ( "Temperature- and photo-induced phase transition in rubidium manganese hexacyanoferrate", Shin-ichi Ohkoshi， Hiroko Tokoro and Kazuhito Hashimoto JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY 15 (32): 3291-3295 2005)。又或者如Epstein報告于論文"New Bases for Flexible, light-weight, Low-cost, and Scalable Electronics: Organic-based Magnetism and Doped Conducting Polymers for Field Effect Devices" / ￡;w^>7中之錳化合物。
許多(非光態(tài)轉變)非普魯士藍及其類似物之化合物，由于其具備磁 序化或無序化之態(tài)轉變，亦可用于本發(fā)明之實現(xiàn)。這些化合物包括草酸鹽(Oxalate),例如tris畫dithiooxalato salts, A[MIICr(C2S-202)3];其中A+ 為PPH4 + 、 N(n-CnH2n+l)4+， n的范圍為三到五之間，Mil為錳、鐵、鈷、 鎳等。(參見Inorg. Chem., 42 (4), 986-996, 2003. 10.1021/ic02302x S0020-1669(02)00302-6 ) 以及金屬草酸鹽系磁體如 (R4N)[MnlICrlII(C204)3]; 雙氰胺化合物如 MII[N(CN)2]2 和 MII[N(CN)2]2Lx (此處L為 pyridine 、 pymzine， 2,2'-bipyridine 、 4，4'-bipyridine)。 (參見Manson， J. L.; Incarvito， C. D.; Rheingold， A. L.; Miller, J. S. J. Chem. Soc.， Dalton Trans. 1998, 3705); trithiatriazapentalenyl radical如C2S3N3 (McManus GD， Rawson JM， Feeder N， et al. "Synthesis,crystal structures, electronic structure and magnetic behaviour of the trithiatriazapentalenyl radical", C2S3N3 JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY 11 (8): 1992-2003 2001 );禾B V(TCNE)2.0.5CH2C12 (MA麗QUEZ JM, YEE GT， MCLEAN RS， et al. A ROOM-TEMPERATURE MOLECULAR ORGANIC BASED MAGNET SCIENCE 252 (5011): 1415-1417 JUN 7 1991)。
仍然有許多磁性材料具有居里點且很有可能藉由摻雜將其降至適當?shù)?溫度。
實驗結果
繼續(xù)說明圖14，其表示實驗裝備的中線縱切面，此裝備設計為可測試 每一組件之絕緣態(tài)和共存態(tài)。此一組合已被模塊化，無論普魯士藍的存在 與否，均可以進行測量；在具有超導體的情況下，霍爾組件緊鄰超導體， 而在無超導體的測量中，霍爾組件緊鄰磁體。請注意圖14并非按比例繪制。
在圖中，箭頭所標之A、 B分別表示磁體的導熱路徑和普魯士藍。另一 介于超導體和普魯士藍之間額外的導熱路徑由一纖維墊圈提供。此實驗裝 備位于一真空腔內，普魯士藍和磁體的上下均有間隙。此實驗儀器設備有 兩個版本，第一個置于黃銅中以提供良好的熱傳導系數(shù)，第二個置于鐵中 以提供磁通路。圖14中所示為置于鐵的版本；繪于圖18， 19之量測結果 即由此版本取得。本實驗工作中采用的普魯士藍類似物為 Nii/[C,(CN)6]，其具有相當?shù)偷南鄬Υ艑?約為3),因此本材料需要
使用鐵的版本以取得圖示的實驗結果。本報告亦提出第二種普魯士藍類似 物，C8H20NNiH[C,(CN)6]，的實驗結果，此材料的SQUID量測支持稍后
敘述的，作為演示范例系統(tǒng)中實際操作之測量結果。
如前所言，可磁化材料(此處為普魯士藍)并不需具有大量的自帶磁 場，僅需具有集中分別施加磁場之能力。因此，如圖1之實施例所示，一 磁體或其它磁性材料層可以置于磁開關層3之上。圖14之實驗裝備中，磁 場由銣鐵硼磁體提供，普魯士藍增強了此配置之磁場。
圖15表示不同等級之銣鐵硼磁體的范例磁化特征曲線。由這些曲線可 知，磁場的改變完全是可逆的；使用圖14之裝備量測磁化程度隨溫度的變化時發(fā)現(xiàn)，當磁體回復室溫時，磁化程度并沒有凈縮減。是以銣鐵硼磁體 之熱循環(huán)可以達到期望的磁場變化，用來磁化超導體。可在圖15看到銣鐵 硼磁體本身進行磁態(tài)轉變的溫度近似于釔鋇銅氧化物之臨界溫度，因此成 為磁開關材料極好的選擇。
普魯士藍類似物在溶液中會以粉末狀沈淀析出且傾向于具有較差的熱
導系數(shù)。 一可行之道為使用金屬膠著劑，如silver Dag ,將其塑形成塊體 結構并在不負面影響堆積因子(packing factor)以至于整體磁矩的情況下增 加材料的電及熱傳導系數(shù)。圖16即繪出由此法制成之一范例普魯士藍塊材。 圖17表示一普魯士藍類似物，Ag[C,(CA06;|，在不同溫度下之M-H 回線。當外加磁場(X軸)保持恒定，溫度的減少會增加整體磁場。此類 似物之有效相對磁導率僅有3左右且在40 K時，其飽和磁化強度為60毫 特斯拉。在一強度為2.5 * 105安培每米(0.3特斯拉)，溫度改變范圍為45 K 到70K，所生成之磁化強度約為3 * 104安培每米(38毫特斯拉)，仿真結 果顯示其磁化強度已足以產生20到30毫特斯拉的行波磁波，所以在我們 的測試設備中即采用此一類似物；然而技術人員當認知反復的實驗可以鑒 別更好的化合物。圖18a和18b中之回線描述磁場隨熱循環(huán)之變化。此處 使用兩個霍爾組件， 一位于接近實驗儀器中心線處(圖18a)，另一組件則 位于中心線外。兩者量測之圖形，上部曲線表示冷卻過程、下部曲線則表 示加熱過程。
圖18和19繪出單個泵，圖20繪出兩個泵，而圖21在一張圖面上繪 出圖18和19的數(shù)據(jù)。
可由圖18中看出，當設備被加熱時，磁通量的減少代表此時超導體己 被磁化。注意在圖中，達成加熱的過程乃由關閉壓縮機冷卻源以使導熱路 徑較易由圖14中之纖維墊圈通過。
解讀圖18需留意；既然僅測量系統(tǒng)中一個位置的溫度，且此位置謹慎 地只微弱地和超導體熱耦合，領懂溫度和超導體實際溫度必然存在溫度差。 明顯的左證為發(fā)生于超導體達其臨界溫度的邁斯納轉換在冷卻過程中， 其發(fā)生于實測溫度為122 K時，而在加熱過程中，卻發(fā)生于實測溫度98 K 時。
盡管如此，以上過程有兩個特征給予系統(tǒng)的操作相當有利的實驗證據(jù)。第一個特征為，隨著加熱過程進行，整體磁場隨著溫度升高而降低。(超 導體的磁化會對抗勵磁磁場因而造成整體磁場的降低)
第二個特征為加熱中心探測點圖形顯示之大的不連續(xù)性，其發(fā)生于超 導體漸失去其超導特性時，亦因此失去其磁化強度。部份的不連續(xù)性導因 于邁斯納磁通排斥，但圖19 (下)顯示并非全部如此。
圖19特寫超導態(tài)轉換的冷卻及加熱之部份過程，其中一需注意之重要 現(xiàn)象，磁通密度的改變發(fā)生于超導溫度經過其臨界溫度，邁斯納磁通排斥 發(fā)生時，在冷卻過程中產生之磁通密度改變，無論中心探測點或邊緣探測 點測量之結果，均少于再加熱過程中磁通密度變化。這一現(xiàn)象意指超導體 的凈磁化量超過僅以邁斯納效應可解釋的范圍。
詳述之，當一超導體通過其臨界溫度時，磁通產生排斥現(xiàn)象；此過程 即為邁斯納效應。此效應可見于圖19中當裝置被冷卻過程中磁通的瞬降。 在沒有預先磁化的情況下，經過臨界溫度的加熱過程也會在測量磁通密度 造成類似的升高。圖19中，在加熱時磁通提升較大表示超導的磁化是成功 的。此結果之所以意義重大在于演示了一系統(tǒng)，其無須借助移動組件和導 線中流動電流，即可磁化其它材料。
圖20繪出兩個循環(huán)，演示使用多個泵的可能。圖21繪出重迭的單循 環(huán)和雙循環(huán)。圖22a和b表示在沒有超導體的情況下實驗裝備的結果演示 了此處并無磁場積累之現(xiàn)象，并且當實驗裝備加熱回之前溫度時，僅存在 微小或不存在有磁滯現(xiàn)象(圖22b分別繪出溫度和磁通密度在溫度循環(huán)下 之演化過程)。
本范例的限制在于普魯士藍本身，當越來越多的泵完成磁化，由普魯 士藍角度所見的總磁場也越來越低。因此在圖17左(朝y軸方向)所表示 的磁場隨著溫度變化而減少；換句話說，行波磁場的大小降低且有效泵亦 隨之減少。
然而在多單元情況下這并不構成問題，因為一旦一個單元被磁化后， 此一磁化之單元將會補強其鄰近單元之磁場。此外，本系統(tǒng)顯示其第一個 熱波乃由冷卻態(tài)觸發(fā)；若是此系統(tǒng)相反地將加熱態(tài)設置為觸發(fā)態(tài)，超導體 會以相反方向磁化并且增強，于是其趨勢會向y軸方向離開。(此波可以包 括單個擾動或是一梯級變化，但若使用周期波，其可以具有任意周期且其后緣(在具有后緣的狀況下)可以距離前緣數(shù)毫秒、數(shù)秒甚是數(shù)小時)
雖然某些上述的實施例僅提及超導體環(huán)的使用，普遍也相信圓形或近 圓形的幾何結構或許是最好的配置；但是本系統(tǒng)的配置并不受限于波的幾 何形狀，其亦可工作于平面波之狀況(平面波意指以近似直線行進的波) 而非僅有圓形波(圓形波意指由中心向外或由外向內傳播的波)。
前述的眾多概念中我們已描述一方法/系統(tǒng)能夠在沒有移動組件和導線 中流動電流的條件下磁化其它材料。更精確地說，所述此技術能實現(xiàn)高能 磁場的產生。目前此技術有相當多潛在的尖端應用，例如在需要高度穩(wěn)定 均勻的磁場應用上，如核磁共振；以及在需要動態(tài)行波以及純磁場變化的 領域，如電機、發(fā)動機和光電上利用磁開關的液晶。此技術也可應用于磁 性揮發(fā)性內存，甚至應用于磁性CMOS之計算器。
毫無疑問的，技術人員可以想出許多有效的替代方案，但可以理解本 發(fā)明并不僅限于此處所公開之實施例，本發(fā)明涵蓋在所附權利要求內任何 基于本發(fā)明精神實質所修改之實施例。
權利要求
1、一改變超導體磁化之方法，此方法包括自動化控制一磁場產生磁通變化波，此行波通過所述超導體表面。
2、 按照權利要求1敘述之方法，其中之變化包括磁化所述之超導體，此方法更進一步涉及重復施加所述行波磁通于所述超導體上。
3、 按照權利要求1或2敘述之方法，其中所述之行波磁通施給所述超 導體的磁場大于超導體之臨界磁場。
4、 按照權利要求l、 2或3敘述之方法，其中所謂自動化控制涉及控 制分布于所述超導體表面之可磁化材料層中的磁通順序。
5、 按照權利要求4敘述之方法，其中所述材料為鐵磁性或亞鐵磁性材料。
6、 按照權利要求4或5敘述之方法，其中導體和所述之材料層熱接觸， 導體內之電流在所述導體中產生一行波熱波以控制所述磁序。
7、 按照權利要求6之方法，其中所述磁通順序改變發(fā)生于一有序溫度， 前述之熱波在所述材料中造成的溫度變化會按照此有序溫度從材料的一側 轉換至另一側。
8、 一磁化超導體之方法，此方法包括重復施加一大于所述超導體之臨 界磁場之外部磁場于所述超導體上。
9、 按照權利要求8敘述之方法，其中超導體所謂被磁化，表示所述超 導體其磁矩至少大于所述之外加磁場的50%以上。
10、 一用來磁化超導體之系統(tǒng)，此系統(tǒng)包括一套設備，其用以產生通 過所述超導體表面之磁通變化波。
11、 按照權利要求IO敘述之系統(tǒng)，其中所述的設備包括一可磁化材料 和一控制系統(tǒng)，用以控制所述材料中之磁序，由此生成行進行波磁通。
12、 按照權利要求11敘述之系統(tǒng)，其中所述之磁性材料具有一有序溫 度，所述之控制系統(tǒng)被配置為可以產生行波熱波并由此在所述材料中產生 行波磁序。
13、 一用來磁化超導體之系統(tǒng)，此系統(tǒng)包括重復施加大于所述超導體 臨界磁場之外加磁場的方法。
14、 一超導磁通泵，此泵包括 一超導材料層；一磁性材料層，覆于所述超導材料層上，此磁性材料可以熱切換于 兩種磁態(tài)之間，其中至少一磁態(tài)可與所述之超導材料層磁性連結；以及一導體，其與所述之磁性材料層熱接觸，所述導體被設置為藉由控 制通過所述導體中的電流，即可控制所述磁性材料之熱開關。
15、 按照權利要求14敘述之超導磁通泵，其進一步包括一介于所述磁 性材料和超導體材料之間的隔離材料。
16、 按照權利要求14或15敘述之超導磁通泵，所述之超導體為一高 溫超導體。
17、 一包含一群單位點(pixel)之超導裝置，每一單元點包括一按照 權利要求14、 15或16中所述之磁通泵。
18、 一超導磁性裝置，此裝置包括一超導磁性單元，具有一超導體區(qū)域以及一系統(tǒng)，此系統(tǒng)施加一行波 磁波于所述超導體區(qū)域上。
19、 按照權利要求18敘述之裝置，具有一群超導磁性單元 (superconducting magnetic elements)禾卩一群為選定的前述超導磁性單元尋址之電極，用來驅動所述系統(tǒng)并施加所述行波磁場以磁化所述尋址后之單 元。
20、 按照權利要求18或19敘述之裝置，其中所述施加行波磁波于所 述超導體區(qū)域之系統(tǒng)包含一可磁化材料區(qū)，用以磁化所述超導體；至少有 一導體在所述可磁化材料上生成行波熱波，并在所述材料中造成一行進磁 波順序。
21、 一定義一面積中區(qū)域磁場之方法，此方法包括 提供一群超導磁性單元；并控制所述超導磁性單元之磁化以定義所述區(qū)域中之磁場。
22、 一可磁化超導體，包括一具有表面之超導體， 一層覆于前述表面 上之可磁化材料，以及介于所述超導體表面以及可磁化材料層之間的熱絕 緣區(qū)域。
23、 按照權利要求22敘述之可磁化超導體，其中所述可磁化材料層包 括一材料，其在溫度低于100K且高于所述超導體在無磁場情況下失去其超 導特性之溫度的條件下，所述材料磁序會自動排列。
24、 一已磁化超導體，其具有一表面、以及依此表面之法向量定義之 軸，在無外加磁場的情況下，所述之已磁化超導體具有一磁場，此磁場隨 與前述軸距離增加進行非單向變化。
25、 一已磁化超導體，其具有一表面、以及依此表面之法向量定義之軸，在無外加磁場的情況下，所述己磁化超導體具有一磁場，此磁場至少 有一區(qū)域中的磁場強度隨著與所述軸距離增加維持近似恒定。
26、 按照權利要求25敘述之可磁化超導體，其中所述表面之一部份為 近似平面且所述磁場恒定區(qū)域延伸過幾乎整個所述平面部份。
27、 按照權利要求24、 25或26敘述之可磁化超導體，其中所述磁場 之最大磁矩至少為2.3特斯拉。
28、 一己磁化超導體，所述之已磁化超導體具有一群近似同心之環(huán)電 流，所述電流具有相同之循環(huán)方向以及不同的相對大小。
29、 按照權利要求28敘述之可磁化超導體，進一步涵蓋一中央環(huán)流， 以相反于所述同心循環(huán)電流群之方向流動。
30、 一已磁化超導體，具有近似平面之形狀，且其磁矩至少為1特斯拉。
31、 按照權利要求1到11之任一要求敘述之方法，涉及使用所述已磁 化超導體將第二個超導體磁化。
32、 按照權利要求11到13之任一要求敘述之系統(tǒng)，其被設置為可使 用所述之已磁化超導體將第二個超導體磁化。
33、 一磁化實質相鄰的一序列超導體之方法，此方法涉及磁化所述序 列之第一個超導體使所述第一個超導體的磁通連接所述系列之第二個超導 體，并以所述之連接磁通將所述第二個超導體磁化之。
34、 一磁化實質相鄰的一序列超導體之系統(tǒng)，此系統(tǒng)包括磁化所述序 列中第一個超導體并將其磁通與所述序列中第二個超導體連接之方法；以及使用所述之連接磁通以磁化第二個超導體之方法。
35、 一個可將光能或熱能轉化為電能之發(fā)動機，此發(fā)動機包括: 將光階或熱階變化轉換為磁場變化之方法；以及 將所述磁場變化轉換為電能之方法。
36、 一太陽能電池，此太陽能電池包括 第一層材料藉由可磁性交變光透射提供一窗口 ；第二層磁開關材料，位于所述第一層之窗口下，具有光響應磁化性；以及位于前述磁性材料生成之磁場中的導體； 當光透射進所述第二層磁開關材料中，其內分子震蕩產生了前述磁化程度 之改變，并在所述導體中感應生成電流。
37、按照權利要求36敘述之太陽能電池，其中所述之第一層材料由一 層液晶材料組成。
38、按照權利要求36或37敘述之太陽能電池，進一步涉及為所述磁 開關材料生成一磁場之方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及用來磁化超導體的方法及設備，特別針對磁化超導磁通泵，以及新型的磁化超導體。本發(fā)明涉及改變超導體磁化之方法，此方法涉及自動化控制一磁場以產生通過所述超導體表面之變動行波磁通。
文檔編號H01L39/02GK101292305SQ200680038693
公開日2008年10月22日 申請日期2006年10月20日 優(yōu)先權日2005年10月21日
發(fā)明者蒂莫西·阿瑟·庫姆斯 申請人:麥格尼法恩有限公司