Θεωρία Ginzburg-Landau και Δίνες

Η θεωρία Ginzburg-Landau περιγράφει την υπεραγωγιμότητα μέσω μιας μιγαδικής παραμέτρου τάξης, και ο λόγος των δύο χαρακτηριστικών μηκών της διαιρεί τους υπεραγωγούς σε τύπου-I και τους τεχνολογικά ζωτικής σημασίας τύπου-II που επιτρέπουν κβαντισμένες δίνες ροής.

Definition

Η θεωρία Ginzburg-Landau περιγράφει την υπεραγώγιμη κατάσταση με μια μιγαδική παράμετρο τάξης της οποίας το μέτρο μετρά την τοπική πυκνότητα του συμπυκνώματος· ο λόγος του βάθους μαγνητικής διείσδυσης προς το μήκος συνοχής, η παράμετρος Ginzburg-Landau, διακρίνει τους υπεραγωγούς τύπου-I από τους υπεραγωγούς τύπου-II που επιτρέπουν στο μαγνητικό πεδίο να εισέλθει ως κβαντισμένες δίνες.

Scope

Αυτό το θέμα καλύπτει τη φαινομενολογική θεωρία Ginzburg-Landau: τη μιγαδική παράμετρο τάξης και την ανάπτυξη της ελεύθερης ενέργειας, το μήκος συνοχής και το βάθος διείσδυσης, και την παράμετρο Ginzburg-Landau που ταξινομεί τους υπεραγωγούς ως τύπου-I ή τύπου-II. Εξετάζει τη μικτή κατάσταση των υπεραγωγών τύπου-II, την κβαντισμένη γραμμή ροής (δίνη Abrikosov) και το πλέγμα της, τα κατώτερα και ανώτερα κρίσιμα πεδία, και την πρόσδεση ροής. Γεφυρώνει την ηλεκτρομαγνητική θεωρία London και τη μικροσκοπική θεωρία BCS.

Core questions

• Τι αναπαριστά η παράμετρος τάξης Ginzburg-Landau, και πώς δομείται η ελεύθερη ενέργεια από αυτήν;
• Πώς ορίζουν το μήκος συνοχής και το βάθος διείσδυσης την παράμετρο Ginzburg-Landau;
• Τι διακρίνει τους υπεραγωγούς τύπου-I από τους τύπου-II;
• Τι είναι μια δίνη Abrikosov, και γιατί η ροή εισέρχεται στους υπεραγωγούς τύπου-II σε κβαντισμένες γραμμές;

Key concepts

• Μιγαδική παράμετρος τάξης και ανάπτυξη ελεύθερης ενέργειας
• Μήκος συνοχής και βάθος διείσδυσης
• Παράμετρος Ginzburg-Landau
• Υπεραγωγοί τύπου-I έναντι τύπου-II
• Πλέγμα δινών Abrikosov και πρόσδεση ροής

Key theories

Θεωρία παραμέτρου τάξης Ginzburg-Landau

Οι Ginzburg και Landau ανέπτυξαν την ελεύθερη ενέργεια σε μια μιγαδική παράμετρο τάξης και τις κλίσεις της, συλλαμβάνοντας τις χωρικές μεταβολές του συμπυκνώματος, τις επιφανειακές ενέργειες και τα κρίσιμα πεδία, με την παράμετρο τάξης να αποδεικνύεται αργότερα από τον Gor'kov ότι προκύπτει από τη θεωρία BCS.

Κατάσταση δίνης Abrikosov

Ο Abrikosov προέβλεψε ότι οι υπεραγωγοί τύπου-II επιτρέπουν στο μαγνητικό πεδίο να εισέλθει ως ένα πλέγμα κβαντισμένων δινών ροής, καθεμία από τις οποίες φέρει ένα κβάντο ροής με έναν κανονικό πυρήνα, επιτρέποντας στην υπεραγωγιμότητα να επιβιώσει σε πολύ υψηλά πεδία, τη βάση των πρακτικών υπεραγώγιμων μαγνητών.

Clinical relevance

Οι υπεραγωγοί τύπου-II και η φυσική της πρόσδεσης δινών καθιστούν δυνατούς τους υπεραγώγιμους μαγνήτες υψηλού πεδίου, επιτρέποντας την MRI, τους φασματογράφους NMR, τους επιταχυντές σωματιδίων και τις συσκευές σύντηξης· ο έλεγχος της κίνησης των δινών είναι απαραίτητος για τη μεταφορά μεγάλων υπερρευμάτων χωρίς διάχυση.

History

Οι Ginzburg και Landau πρότειναν τη θεωρία παραμέτρου τάξης τους το 1950· ο Abrikosov τη χρησιμοποίησε το 1957 για να προβλέψει το πλέγμα δινών των υπεραγωγών τύπου-II, και ο Gor'kov σύντομα συνήγαγε τη θεωρία από την BCS, έργο που αναγνωρίστηκε με το βραβείο Νόμπελ του 2003 στους Ginzburg και Abrikosov.

Key figures

• Vitaly Ginzburg
• Lev Landau
• Alexei Abrikosov

Seminal works

• abrikosov1957
• tinkham2004

Frequently asked questions

Ποια είναι η διαφορά μεταξύ υπεραγωγών τύπου-I και τύπου-II;

Οι υπεραγωγοί τύπου-I απωθούν πλήρως το μαγνητικό πεδίο μέχρι να χάσουν απότομα την υπεραγωγιμότητα σε ένα ενιαίο κρίσιμο πεδίο· οι υπεραγωγοί τύπου-II, αντίθετα, επιτρέπουν στο πεδίο να διεισδύσει ως κβαντισμένες δίνες σε ένα εύρος πεδίων, παραμένοντας υπεραγώγιμοι σε ένα πολύ υψηλότερο ανώτερο κρίσιμο πεδίο.

Γιατί πρέπει το μαγνητικό πεδίο να εισέρχεται ως κβαντισμένες δίνες;

Η υπεραγώγιμη παράμετρος τάξης είναι μια μονότιμη μιγαδική συνάρτηση, οπότε η φάση της πρέπει να περιελίσσεται κατά ένα πολλαπλάσιο του δύο π γύρω από οποιαδήποτε γραμμή ροής· αυτός ο περιορισμός αναγκάζει την εγκλειόμενη ροή να έρχεται σε διακριτά κβάντα, καθένα από τα οποία σχηματίζει μια δίνη Abrikosov.