钉扎力是
第Ⅱ类超导体中缺陷、杂质等钉扎中心对
磁通线(即涡旋线)施加的阻碍其运动的相互作用力。该力的存在显著提升超导材料的
临界电流密度,其作用机制源于磁通线在缺陷部位的势能阱效应。实验研究表明,钉扎力呈现各向异性特征并与钉扎中心类型直接相关,例如熔融织构超导体中211相含量的增加会降低钉扎力。通过掺杂调控、磁通钉扎模型分析等手段,可实现钉扎力特性的定量研究,其中Dew-Hughes多源分析法可精确解析不同缺陷类型的贡献强度。航天领域已开展钉扎力被动稳定特性在星间相对运动控制中的应用研究。
钉扎力源于磁通线穿越
超导体缺陷时形成的能量势垒,磁通线需克服该势垒才能发生运动。根据2017年MgB2掺杂实验,晶界钉扎机制占据主导地位时,约化钉扎力曲线与理论模型拟合度最佳,印证了
钉扎中心类型决定作用机制的特性。无序超导体中同时存在本征钉扎力与无序点钉扎力,分别对应磁通运动的两次退钉扎过程。
钉扎力密度采用多源分析法进行分解,Bi2223/Ag带材案例验证了
点缺陷与
面缺陷的协同作用。元钉扎力公式f′p≈(Ha/Hc2)2·(φ02V)/(μ0k)定量描述了正常粒子异相析出时的作用强度。2022年双峰退钉扎效应实验表明,钉扎力平衡关系变化会引发临界电流第二磁化峰现象。
航天器在轨对接控制研究中,钉扎力刚度参数被证明能有效抑制三自由度相对运动偏差。数值模拟显示,当永磁体表磁强度达到1.2T时,垂直钉扎力可达580N/m2,响应时间小于0.5秒。2017年动力学模型验证了钉扎力被动稳定系统在零燃料消耗模式下的可行性。
磁滞回线测量结合磁弛豫分析是获取钉扎力参数的主要手段。
COMSOL Multiphysics软件可模拟永磁体磁场分布与钉扎力位移曲线,模拟误差小于8.3%。微分电阻双峰检测法通过特征峰间距解析本征钉扎力与无序钉扎力的相对强度。