نظریه گینزبورگ-لاندائو و گردابه‌ها

نظریه گینزبورگ-لاندائو ابررسانایی را از طریق یک پارامتر نظم مختلط توصیف می‌کند، و نسبت دو طول مشخصه آن، ابررساناها را به نوع I و نوع II که از نظر فناوری حیاتی است و گردابه‌های شار کوانتیده را می‌پذیرد، تقسیم می‌کند.

Definition

نظریه گینزبورگ-لاندائو حالت ابررسانا را با یک پارامتر نظم مختلط توصیف می‌کند که اندازه آن چگالی موضعی چگالش را اندازه‌گیری می‌کند؛ نسبت عمق نفوذ مغناطیسی به طول همدوسی، یعنی پارامتر گینزبورگ-لاندائو، ابررساناهای نوع I را از ابررساناهای نوع II که اجازه می‌دهند شار مغناطیسی به صورت گردابه‌های کوانتیده وارد شود، متمایز می‌کند.

Scope

این موضوع نظریه پدیدارشناختی گینزبورگ-لاندائو را پوشش می‌دهد: پارامتر نظم مختلط و بسط انرژی آزاد، طول همدوسی و عمق نفوذ، و پارامتر گینزبورگ-لاندائو که ابررساناها را به عنوان نوع I یا نوع II طبقه‌بندی می‌کند. این نظریه حالت آمیخته ابررساناهای نوع II، خط شار کوانتیده (گردابه ابریکوسوف) و شبکه آن، میدان‌های بحرانی پایین‌تر و بالاتر، و مهار شار را مورد بررسی قرار می‌دهد. این نظریه پلی بین نظریه الکترومغناطیسی لندن و نظریه میکروسکوپی BCS است.

Core questions

• پارامتر نظم گینزبورگ-لاندائو چه چیزی را نشان می‌دهد و چگونه انرژی آزاد از آن ساخته می‌شود؟
• چگونه طول همدوسی و عمق نفوذ پارامتر گینزبورگ-لاندائو را تعریف می‌کنند؟
• چه چیزی ابررساناهای نوع I را از نوع II متمایز می‌کند؟
• گردابه ابریکوسوف چیست و چرا شار به صورت خطوط کوانتیده وارد ابررساناهای نوع II می‌شود؟

Key concepts

• پارامتر نظم مختلط و بسط انرژی آزاد
• طول همدوسی و عمق نفوذ
• پارامتر گینزبورگ-لاندائو
• ابررساناهای نوع I در مقابل نوع II
• شبکه گردابه ابریکوسوف و مهار شار

Key theories

نظریه پارامتر نظم گینزبورگ-لاندائو

گینزبورگ و لاندائو انرژی آزاد را در یک پارامتر نظم مختلط و گرادیان‌های آن بسط دادند، که تغییرات فضایی چگالش، انرژی‌های سطحی و میدان‌های بحرانی را به تصویر می‌کشد، و بعدها گورکوف نشان داد که پارامتر نظم از نظریه BCS پیروی می‌کند.

حالت گردابه ابریکوسوف

ابریکوسوف پیش‌بینی کرد که ابررساناهای نوع II میدان مغناطیسی را به صورت شبکه‌ای از گردابه‌های شار کوانتیده می‌پذیرند، که هر یک یک کوانتوم شار با هسته عادی را حمل می‌کند و به ابررسانایی اجازه می‌دهد تا در میدان‌های بسیار بالا نیز باقی بماند، که اساس آهنرباهای ابررسانای عملی است.

Clinical relevance

ابررساناهای نوع II و فیزیک مهار گردابه، ساخت آهنرباهای ابررسانای میدان بالا را ممکن می‌سازند و MRI، طیف‌سنج‌های NMR، شتاب‌دهنده‌های ذرات و دستگاه‌های همجوشی را امکان‌پذیر می‌کنند؛ کنترل حرکت گردابه برای حمل ابرجریان‌های بزرگ بدون اتلاف ضروری است.

History

گینزبورگ و لاندائو نظریه پارامتر نظم خود را در سال 1950 پیشنهاد کردند؛ ابریکوسوف در سال 1957 از آن برای پیش‌بینی شبکه گردابه ابررساناهای نوع II استفاده کرد، و گورکوف به زودی این نظریه را از BCS استخراج کرد، کاری که با جایزه نوبل سال 2003 به گینزبورگ و ابریکوسوف شناخته شد.

Key figures

• Vitaly Ginzburg
• Lev Landau
• Alexei Abrikosov

Seminal works

• abrikosov1957
• tinkham2004

Frequently asked questions

تفاوت بین ابررساناهای نوع I و نوع II چیست؟

ابررساناهای نوع I میدان مغناطیسی را به طور کامل دفع می‌کنند تا زمانی که به طور ناگهانی ابررسانایی خود را در یک میدان بحرانی واحد از دست می‌دهند؛ ابررساناهای نوع II به جای آن اجازه می‌دهند میدان به صورت گردابه‌های کوانتیده در محدوده‌ای از میدان‌ها نفوذ کند و تا یک میدان بحرانی بالایی بسیار بالاتر ابررسانا باقی بمانند.

چرا شار مغناطیسی باید به صورت گردابه‌های کوانتیده وارد شود؟

پارامتر نظم ابررسانا یک تابع مختلط تک‌مقدار است، بنابراین فاز آن باید به اندازه مضربی از دو پی (2π) در اطراف هر خط شار بپیچد؛ این محدودیت شار محصور را مجبور می‌کند تا به صورت کوانتوم‌های گسسته وارد شود، که هر یک یک گردابه ابریکوسوف را تشکیل می‌دهد.