Ginzburg-Landau-teori og hvirvler

Ginzburg-Landau-teorien beskriver superledning gennem en kompleks ordensparameter, og forholdet mellem dens to karakteristiske længder opdeler superledere i type-I og de teknologisk vitale type-II, der tillader kvantiserede flukshvirvler.

Definition

Ginzburg-Landau-teorien beskriver den superledende tilstand ved en kompleks ordensparameter, hvis størrelse måler kondensatets lokale tæthed; forholdet mellem den magnetiske penetrationsdybde og kohærenslængden, Ginzburg-Landau-parameteren, adskiller type-I-superledere fra type-II-superledere, der tillader magnetisk fluks at trænge ind som kvantiserede hvirvler.

Scope

Dette emne dækker Ginzburg-Landau-fænomenologisk teori: den komplekse ordensparameter og frienergiudvidelsen, kohærenslængden og penetrationsdybden samt Ginzburg-Landau-parameteren, der klassificerer superledere som type-I eller type-II. Den behandler den blandede tilstand af type-II-superledere, den kvantiserede flukslinje (Abrikosov-hvirvel) og dens gitter, de nedre og øvre kritiske felter samt fluksfastholdelse. Den bygger bro mellem Londons elektromagnetiske teori og BCS mikroskopiske teori.

Core questions

• Hvad repræsenterer Ginzburg-Landau-ordensparameteren, og hvordan er frienergien opbygget ud fra den?
• Hvordan definerer kohærenslængden og penetrationsdybden Ginzburg-Landau-parameteren?
• Hvad adskiller type-I fra type-II-superledere?
• Hvad er en Abrikosov-hvirvel, og hvorfor trænger fluks ind i type-II-superledere i kvantiserede linjer?

Key concepts

• Kompleks ordensparameter og frienergiudvidelse
• Kohærenslængde og penetrationsdybde
• Ginzburg-Landau-parameter
• Type-I versus type-II superledere
• Abrikosov-hvirvelgitter og fluksfastholdelse

Key theories

Ginzburg-Landau-ordensparameterteori

Ginzburg og Landau udvidede frienergien i en kompleks ordensparameter og dens gradienter, der fanger rumlige variationer af kondensatet, overfladeenergier og de kritiske felter, hvor ordensparameteren senere af Gor'kov blev vist at følge af BCS-teorien.

Abrikosov-hvirveltilstaden

Abrikosov forudsagde, at type-II-superledere tillader magnetfelt som et gitter af kvantiserede flukshvirvler, der hver bærer et flukskvant med en normal kerne, hvilket tillader superledning at overleve til meget høje felter, grundlaget for praktiske superledende magneter.

Clinical relevance

Type-II-superledere og fysikken bag hvirvelfastholdelse muliggør højfelt-superledende magneter, hvilket muliggør MRI, NMR-spektrometre, partikelacceleratorer og fusionsanordninger; kontrol af hvirvelbevægelse er afgørende for at føre store superstrømme uden dissipation.

History

Ginzburg og Landau foreslog deres ordensparameterteori i 1950; Abrikosov brugte den i 1957 til at forudsige hvirvelgitteret af type-II-superledere, og Gor'kov udledte snart teorien fra BCS, et arbejde anerkendt med Nobelprisen i 2003 til Ginzburg og Abrikosov.

Key figures

• Vitaly Ginzburg
• Lev Landau
• Alexei Abrikosov

Seminal works

• abrikosov1957
• tinkham2004

Frequently asked questions

Hvad er forskellen mellem type-I og type-II superledere?

Type-I-superledere udstøder magnetfelt fuldstændigt, indtil de brat mister superledning ved et enkelt kritisk felt; type-II-superledere lader i stedet felt trænge ind som kvantiserede hvirvler over et område af felter og forbliver superledende til et meget højere øvre kritisk felt.

Hvorfor skal magnetisk fluks trænge ind som kvantiserede hvirvler?

Den superledende ordensparameter er en enkeltværdig kompleks funktion, så dens fase skal vikle sig med et multiplum af to pi omkring enhver flukslinje; denne begrænsning tvinger den indesluttede fluks til at komme i diskrete kvanta, der hver danner en Abrikosov-hvirvel.