Théorie de Ginzburg-Landau et vortex

La théorie de Ginzburg-Landau décrit la supraconductivité au moyen d'un paramètre d'ordre complexe, et le rapport de ses deux longueurs caractéristiques divise les supraconducteurs en type-I et type-II, technologiquement vitaux, qui admettent des vortex de flux quantifiés.

Definition

La théorie de Ginzburg-Landau décrit l'état supraconducteur par un paramètre d'ordre complexe dont l'amplitude mesure la densité locale du condensat ; le rapport de la profondeur de pénétration magnétique à la longueur de cohérence, le paramètre de Ginzburg-Landau, distingue les supraconducteurs de type-I des supraconducteurs de type-II qui permettent au flux magnétique de pénétrer sous forme de vortex quantifiés.

Scope

Ce sujet couvre la théorie phénoménologique de Ginzburg-Landau : le paramètre d'ordre complexe et l'expansion de l'énergie libre, la longueur de cohérence et la profondeur de pénétration, et le paramètre de Ginzburg-Landau qui classe les supraconducteurs en type-I ou type-II. Il traite de l'état mixte des supraconducteurs de type-II, de la ligne de flux quantifiée (vortex d'Abrikosov) et de son réseau, des champs critiques inférieur et supérieur, et de l'ancrage du flux. Il fait le pont entre la théorie électromagnétique de London et la théorie microscopique BCS.

Core questions

• Que représente le paramètre d'ordre de Ginzburg-Landau, et comment l'énergie libre est-elle construite à partir de celui-ci ?
• Comment la longueur de cohérence et la profondeur de pénétration définissent-elles le paramètre de Ginzburg-Landau ?
• Qu'est-ce qui distingue les supraconducteurs de type-I des supraconducteurs de type-II ?
• Qu'est-ce qu'un vortex d'Abrikosov, et pourquoi le flux pénètre-t-il les supraconducteurs de type-II en lignes quantifiées ?

Key concepts

• Paramètre d'ordre complexe et expansion de l'énergie libre
• Longueur de cohérence et profondeur de pénétration
• Paramètre de Ginzburg-Landau
• Supraconducteurs de type-I versus type-II
• Réseau de vortex d'Abrikosov et ancrage du flux

Key theories

Théorie du paramètre d'ordre de Ginzburg-Landau

Ginzburg et Landau ont développé l'énergie libre en un paramètre d'ordre complexe et ses gradients, capturant les variations spatiales du condensat, les énergies de surface et les champs critiques, le paramètre d'ordre ayant été montré plus tard par Gor'kov comme découlant de la théorie BCS.

État de vortex d'Abrikosov

Abrikosov a prédit que les supraconducteurs de type-II admettent un champ magnétique sous forme de réseau de vortex de flux quantifiés, chacun transportant un quantum de flux avec un cœur normal, permettant à la supraconductivité de subsister à des champs très élevés, base des aimants supraconducteurs pratiques.

Clinical relevance

Les supraconducteurs de type-II et la physique de l'ancrage des vortex rendent possibles les aimants supraconducteurs à champ élevé, permettant l'IRM, les spectromètres RMN, les accélérateurs de particules et les dispositifs de fusion ; le contrôle du mouvement des vortex est essentiel pour transporter de grands supercourants sans dissipation.

History

Ginzburg et Landau ont proposé leur théorie du paramètre d'ordre en 1950 ; Abrikosov l'a utilisée en 1957 pour prédire le réseau de vortex des supraconducteurs de type-II, et Gor'kov a rapidement dérivé la théorie de la BCS, travail récompensé par le prix Nobel 2003 à Ginzburg et Abrikosov.

Key figures

• Vitaly Ginzburg
• Lev Landau
• Alexei Abrikosov

Seminal works

• abrikosov1957
• tinkham2004

Frequently asked questions

Quelle est la différence entre les supraconducteurs de type-I et de type-II ?

Les supraconducteurs de type-I expulsent complètement le champ magnétique jusqu'à ce qu'ils perdent brusquement la supraconductivité à un champ critique unique ; les supraconducteurs de type-II, en revanche, laissent le champ pénétrer sous forme de vortex quantifiés sur une gamme de champs, restant supraconducteurs jusqu'à un champ critique supérieur beaucoup plus élevé.

Pourquoi le flux magnétique doit-il pénétrer sous forme de vortex quantifiés ?

Le paramètre d'ordre supraconducteur est une fonction complexe univoque, de sorte que sa phase doit s'enrouler par un multiple de deux pi autour de toute ligne de flux ; cette contrainte force le flux enfermé à se présenter en quanta discrets, chacun formant un vortex d'Abrikosov.