Теория на Гинзбург-Ландау и вихри

Теорията на Гинзбург-Ландау описва свръхпроводимостта чрез комплексен параметър на реда, а съотношението на двете ѝ характерни дължини разделя свръхпроводниците на тип I и технологично жизненоважния тип II, които допускат квантувани вихри на потока.

Definition

Теорията на Гинзбург-Ландау описва свръхпроводящото състояние чрез комплексен параметър на реда, чиято големина измерва локалната плътност на кондензата; съотношението на дълбочината на магнитно проникване към дължината на кохерентност, параметърът на Гинзбург-Ландау, разграничава свръхпроводниците от тип I от свръхпроводниците от тип II, които позволяват на магнитния поток да навлезе като квантувани вихри.

Scope

Тази тема обхваща феноменологичната теория на Гинзбург-Ландау: комплексния параметър на реда и разширението на свободната енергия, дължината на кохерентност и дълбочината на проникване, както и параметъра на Гинзбург-Ландау, който класифицира свръхпроводниците като тип I или тип II. Тя разглежда смесеното състояние на свръхпроводниците от тип II, квантуваната линия на потока (вихър на Абрикосов) и нейната решетка, долното и горното критично поле, както и фиксирането на потока. Тя свързва електромагнитната теория на Лондон и микроскопичната теория на БКШ.

Core questions

• Какво представлява параметърът на реда на Гинзбург-Ландау и как се изгражда свободната енергия от него?
• Как дължината на кохерентност и дълбочината на проникване определят параметъра на Гинзбург-Ландау?
• Какво отличава свръхпроводниците от тип I от тези от тип II?
• Какво е вихър на Абрикосов и защо потокът навлиза в свръхпроводниците от тип II като квантувани линии?

Key concepts

• Комплексен параметър на реда и разширение на свободната енергия
• Дължина на кохерентност и дълбочина на проникване
• Параметър на Гинзбург-Ландау
• Свръхпроводници от тип I срещу тип II
• Решетка от вихри на Абрикосов и фиксиране на потока

Key theories

Теория на параметъра на реда на Гинзбург-Ландау

Гинзбург и Ландау разширяват свободната енергия в комплексен параметър на реда и неговите градиенти, улавяйки пространствените вариации на кондензата, повърхностните енергии и критичните полета, като по-късно Горков показва, че параметърът на реда произтича от теорията на БКШ.

Вихрово състояние на Абрикосов

Абрикосов предсказва, че свръхпроводниците от тип II допускат магнитно поле като решетка от квантувани вихри на потока, всеки от които носи един квант поток с нормално ядро, което позволява на свръхпроводимостта да оцелее при много високи полета, основата на практическите свръхпроводящи магнити.

Clinical relevance

Свръхпроводниците от тип II и физиката на фиксирането на вихрите правят възможни високополевите свръхпроводящи магнити, позволявайки ЯМР, ЯМР спектрометри, ускорители на частици и термоядрени устройства; контролирането на движението на вихрите е от съществено значение за пренасяне на големи свръхтокове без дисипация.

History

Гинзбург и Ландау предлагат своята теория на параметъра на реда през 1950 г.; Абрикосов я използва през 1957 г., за да предскаже вихровата решетка на свръхпроводниците от тип II, а Горков скоро извежда теорията от БКШ, работа, призната с Нобелова награда през 2003 г. на Гинзбург и Абрикосов.

Key figures

• Vitaly Ginzburg
• Lev Landau
• Alexei Abrikosov

Seminal works

• abrikosov1957
• tinkham2004

Frequently asked questions

Каква е разликата между свръхпроводниците от тип I и тип II?

Свръхпроводниците от тип I изхвърлят напълно магнитното поле, докато рязко не загубят свръхпроводимост при едно критично поле; свръхпроводниците от тип II вместо това позволяват на полето да проникне като квантувани вихри в определен диапазон от полета, оставайки свръхпроводящи до много по-високо горно критично поле.

Защо магнитният поток трябва да навлиза като квантувани вихри?

Свръхпроводящият параметър на реда е еднозначна комплексна функция, така че неговата фаза трябва да се навива с кратно на две пи около всяка линия на потока; това ограничение принуждава затворения поток да се появява в дискретни кванти, всеки от които образува един вихър на Абрикосов.