Ginzburg-Landaun teoria ja pyörteet

Ginzburg-Landaun teoria kuvaa suprajohtavuutta kompleksisen järjestysparametrin avulla, ja sen kahden ominaispituuden suhde jakaa suprajohteet tyypin I ja teknologisesti elintärkeään tyypin II, jotka sallivat kvantittuneet vuopyörteet.

Definition

Ginzburg-Landaun teoria kuvaa suprajohtavaa tilaa kompleksisella järjestysparametrilla, jonka suuruus mittaa kondensaatin paikallista tiheyttä; magneettisen tunkeutumissyvyyden ja koherenssipituuden suhde, Ginzburg-Landaun parametri, erottaa tyypin I suprajohteet tyypin II suprajohteista, jotka sallivat magneettivuon tunkeutua sisään kvantittuneina pyörteinä.

Scope

Tämä aihe käsittelee Ginzburg-Landaun fenomenologista teoriaa: kompleksista järjestysparametria ja vapaaenergian kehitystä, koherenssipituutta ja tunkeutumissyvyyttä sekä Ginzburg-Landaun parametria, joka luokittelee suprajohteet tyypin I tai tyypin II suprajohteiksi. Se käsittelee tyypin II suprajohteiden sekatilaa, kvantittunutta vuoviivaa (Abrikosovin pyörre) ja sen hilaa, alempia ja ylempiä kriittisiä kenttiä sekä vuon ankkurointia. Se yhdistää Londonin sähkömagneettisen teorian ja BCS:n mikroskooppisen teorian.

Core questions

• Mitä Ginzburg-Landaun järjestysparametri edustaa, ja miten vapaaenergia rakentuu siitä?
• Miten koherenssipituus ja tunkeutumissyvyys määrittelevät Ginzburg-Landaun parametrin?
• Mikä erottaa tyypin I ja tyypin II suprajohteet toisistaan?
• Mikä on Abrikosovin pyörre, ja miksi vuo tunkeutuu tyypin II suprajohteisiin kvantittuneina viivoina?

Key concepts

• Kompleksinen järjestysparametri ja vapaaenergian kehitys
• Koherenssipituus ja tunkeutumissyvyys
• Ginzburg-Landaun parametri
• Tyypin I ja tyypin II suprajohteet
• Abrikosovin pyörrehila ja vuon ankkurointi

Key theories

Ginzburg-Landaun järjestysparametriteoria

Ginzburg ja Landau laajensivat vapaaenergian kompleksiseksi järjestysparametrin ja sen gradienttien avulla, vangiten kondensaatin spatiaaliset vaihtelut, pintaenergiat ja kriittiset kentät, ja Gor'kov osoitti myöhemmin, että järjestysparametri seuraa BCS-teoriasta.

Abrikosovin pyörretila

Abrikosov ennusti, että tyypin II suprajohteet sallivat magneettikentän muodostaa kvantittuneiden vuopyörteiden hilan, joista jokainen kantaa yhtä vuokvanttia normaalilla ytimellä, mikä mahdollistaa suprajohtavuuden säilymisen erittäin korkeisiin kenttiin, mikä on käytännöllisten suprajohtavien magneettien perusta.

Clinical relevance

Tyypin II suprajohteet ja pyörteiden ankkuroinnin fysiikka mahdollistavat suurikenttäiset suprajohtavat magneetit, mikä mahdollistaa MRI:n, NMR-spektrometrit, hiukkaskiihdyttimet ja fuusiolaitteet; pyörteiden liikkeen hallinta on olennaista suurten suprajohtavien virtojen kuljettamiseksi ilman häviötä.

History

Ginzburg ja Landau ehdottivat järjestysparametriteoriaansa vuonna 1950; Abrikosov käytti sitä vuonna 1957 ennustaakseen tyypin II suprajohteiden pyörrehilat, ja Gor'kov johti pian teorian BCS:stä, työstä, josta Ginzburg ja Abrikosov saivat Nobelin palkinnon vuonna 2003.

Key figures

• Vitaly Ginzburg
• Lev Landau
• Alexei Abrikosov

Seminal works

• abrikosov1957
• tinkham2004

Frequently asked questions

Mitä eroa on tyypin I ja tyypin II suprajohteilla?

Tyypin I suprajohteet karkottavat magneettikentän kokonaan, kunnes ne menettävät suprajohtavuutensa äkillisesti yhdessä kriittisessä kentässä; tyypin II suprajohteet sen sijaan antavat kentän tunkeutua kvantittuneina pyörteinä tietyllä kenttäalueella, pysyen suprajohtavina paljon korkeampaan ylempään kriittiseen kenttään asti.

Miksi magneettivuon on tunkeuduttava kvantittuneina pyörteinä?

Suprajohtava järjestysparametri on yksiarvoinen kompleksifunktio, joten sen vaiheen on kierrettävä kaksi piitä minkä tahansa vuoviivan ympärillä; tämä rajoitus pakottaa suljetun vuon tulemaan diskreetteinä kvantteina, joista jokainen muodostaa yhden Abrikosovin pyörteen.