Teoría de Ginzburg-Landau y vórtices

La teoría de Ginzburg-Landau describe la superconductividad mediante un parámetro de orden complejo, y la relación entre sus dos longitudes características divide a los superconductores en tipo I y el tecnológicamente vital tipo II, que admiten vórtices de flujo cuantizados.

Definition

La teoría de Ginzburg-Landau describe el estado superconductor mediante un parámetro de orden complejo cuya magnitud mide la densidad local del condensado; la relación entre la profundidad de penetración magnética y la longitud de coherencia, el parámetro de Ginzburg-Landau, distingue los superconductores de tipo I de los de tipo II, que permiten que el flujo magnético penetre en forma de vórtices cuantizados.

Scope

Este tema cubre la teoría fenomenológica de Ginzburg-Landau: el parámetro de orden complejo y la expansión de la energía libre, la longitud de coherencia y la profundidad de penetración, y el parámetro de Ginzburg-Landau que clasifica los superconductores como tipo I o tipo II. Trata el estado mixto de los superconductores tipo II, la línea de flujo cuantizada (vórtice de Abrikosov) y su red, los campos críticos inferior y superior, y el anclaje de flujo. Sirve de puente entre la teoría electromagnética de London y la teoría microscópica BCS.

Core questions

• ¿Qué representa el parámetro de orden de Ginzburg-Landau y cómo se construye la energía libre a partir de él?
• ¿Cómo definen la longitud de coherencia y la profundidad de penetración el parámetro de Ginzburg-Landau?
• ¿Qué distingue a los superconductores de tipo I de los de tipo II?
• ¿Qué es un vórtice de Abrikosov y por qué el flujo penetra en los superconductores de tipo II en líneas cuantizadas?

Key concepts

• Parámetro de orden complejo y expansión de la energía libre
• Longitud de coherencia y profundidad de penetración
• Parámetro de Ginzburg-Landau
• Superconductores tipo I versus tipo II
• Red de vórtices de Abrikosov y anclaje de flujo

Key theories

Teoría del parámetro de orden de Ginzburg-Landau

Ginzburg y Landau expandieron la energía libre en un parámetro de orden complejo y sus gradientes, capturando variaciones espaciales del condensado, energías superficiales y los campos críticos, demostrándose posteriormente por Gor'kov que el parámetro de orden se derivaba de la teoría BCS.

Estado de vórtice de Abrikosov

Abrikosov predijo que los superconductores de tipo II admiten campo magnético como una red de vórtices de flujo cuantizados, cada uno portando un cuanto de flujo con un núcleo normal, permitiendo que la superconductividad sobreviva a campos muy altos, la base de los imanes superconductores prácticos.

Clinical relevance

Los superconductores de tipo II y la física del anclaje de vórtices hacen posibles los imanes superconductores de alto campo, lo que permite la resonancia magnética (MRI), los espectrómetros de resonancia magnética nuclear (NMR), los aceleradores de partículas y los dispositivos de fusión; controlar el movimiento de los vórtices es esencial para transportar grandes supercorrientes sin disipación.

History

Ginzburg y Landau propusieron su teoría del parámetro de orden en 1950; Abrikosov la utilizó en 1957 para predecir la red de vórtices de los superconductores de tipo II, y Gor'kov pronto derivó la teoría de la BCS, trabajo reconocido con el Premio Nobel de 2003 a Ginzburg y Abrikosov.

Key figures

• Vitaly Ginzburg
• Lev Landau
• Alexei Abrikosov

Seminal works

• abrikosov1957
• tinkham2004

Frequently asked questions

¿Cuál es la diferencia entre los superconductores de tipo I y de tipo II?

Los superconductores de tipo I expulsan completamente el campo magnético hasta que pierden abruptamente la superconductividad en un único campo crítico; los superconductores de tipo II, en cambio, permiten que el campo penetre como vórtices cuantizados en un rango de campos, permaneciendo superconductores hasta un campo crítico superior mucho más alto.

¿Por qué el flujo magnético debe entrar como vórtices cuantizados?

El parámetro de orden superconductor es una función compleja univaluada, por lo que su fase debe girar un múltiplo de dos pi alrededor de cualquier línea de flujo; esta restricción obliga a que el flujo encerrado se presente en cuantos discretos, cada uno formando un vórtice de Abrikosov.