תאוריית גינזבורג-לנדאו ומערבולות

תאוריית גינזבורג-לנדאו מתארת מוליכות-על באמצעות פרמטר סדר מרוכב, ויחס אורכי האפיון שלה מחלק מוליכי-על לסוג I ולסוג II, החיוני טכנולוגית ומאפשר חדירת מערבולות שטף קוונטיות.

Definition

תאוריית גינזבורג-לנדאו מתארת את המצב הסופר-מוליך באמצעות פרמטר סדר מרוכב שגודלו מודד את הצפיפות המקומית של הקונדנסאט; היחס בין עומק החדירה המגנטי לאורך הקוהרנטיות, פרמטר גינזבורג-לנדאו, מבחין בין מוליכי-על מסוג I למוליכי-על מסוג II המאפשרים לשטף מגנטי לחדור כמערבולות קוונטיות.

Scope

נושא זה עוסק בתאוריה הפנומנולוגית של גינזבורג-לנדאו: פרמטר הסדר המרוכב ופיתוח האנרגיה החופשית, אורך הקוהרנטיות ועומק החדירה, ופרמטר גינזבורג-לנדאו המסווג מוליכי-על כסוג I או סוג II. הוא דן במצב המעורב של מוליכי-על מסוג II, קו השטף המקוונטט (מערבולת אבריקוסוב) והסריג שלו, השדות הקריטיים התחתון והעליון, וקיבוע שטף. הוא מגשר בין התאוריה האלקטרומגנטית של לונדון לבין התאוריה המיקרוסקופית של BCS.

Core questions

• מה מייצג פרמטר הסדר של גינזבורג-לנדאו, וכיצד נבנית ממנו האנרגיה החופשית?
• כיצד מגדירים אורך הקוהרנטיות ועומק החדירה את פרמטר גינזבורג-לנדאו?
• מה מבחין בין מוליכי-על מסוג I למוליכי-על מסוג II?
• מהי מערבולת אבריקוסוב, ומדוע שטף חודר למוליכי-על מסוג II בקווים מקוונטטים?

Key concepts

• פרמטר סדר מרוכב ופיתוח אנרגיה חופשית
• אורך קוהרנטיות ועומק חדירה
• פרמטר גינזבורג-לנדאו
• מוליכי-על מסוג I לעומת מוליכי-על מסוג II
• סריג מערבולות אבריקוסוב וקיבוע שטף

Key theories

תאוריית פרמטר הסדר של גינזבורג-לנדאו

גינזבורג ולנדאו פיתחו את האנרגיה החופשית בפרמטר סדר מרוכב ובגרדיאנטים שלו, ותיארו שינויים מרחביים של הקונדנסאט, אנרגיות פני שטח, והשדות הקריטיים, כאשר מאוחר יותר הראה גורקוב כי פרמטר הסדר נובע מתאוריית BCS.

מצב מערבולת אבריקוסוב

אבריקוסוב חזה כי מוליכי-על מסוג II מאפשרים חדירת שדה מגנטי כסריג של מערבולות שטף קוונטיות, כאשר כל אחת נושאת קוונט שטף אחד עם ליבה נורמלית, מה שמאפשר למוליכות-על לשרוד בשדות גבוהים מאוד, ומהווה את הבסיס למגנטים סופר-מוליכים מעשיים.

Clinical relevance

מוליכי-על מסוג II והפיזיקה של קיבוע מערבולות מאפשרים מגנטים סופר-מוליכים בעלי שדה גבוה, המאפשרים MRI, ספקטרומטרי NMR, מאיצי חלקיקים והתקני היתוך; שליטה בתנועת המערבולות חיונית להעברת זרמי-על גדולים ללא פיזור.

History

גינזבורג ולנדאו הציעו את תאוריית פרמטר הסדר שלהם בשנת 1950; אבריקוסוב השתמש בה בשנת 1957 כדי לחזות את סריג המערבולות של מוליכי-על מסוג II, וגורקוב גזר במהרה את התאוריה מ-BCS, עבודה שהוכרה בפרס נובל לשנת 2003 לגינזבורג ולאבריקוסוב.

Key figures

• Vitaly Ginzburg
• Lev Landau
• Alexei Abrikosov

Seminal works

• abrikosov1957
• tinkham2004

Frequently asked questions

מה ההבדל בין מוליכי-על מסוג I למוליכי-על מסוג II?

מוליכי-על מסוג I דוחים שדה מגנטי לחלוטין עד שהם מאבדים בפתאומיות את מוליכות-העל בשדה קריטי יחיד; מוליכי-על מסוג II, לעומת זאת, מאפשרים לשדה לחדור כמערבולות קוונטיות בטווח שדות, ונשארים סופר-מוליכים עד לשדה קריטי עליון גבוה בהרבה.

מדוע שטף מגנטי חייב לחדור כמערבולות קוונטיות?

פרמטר הסדר הסופר-מוליך הוא פונקציה מרוכבת חד-ערכית, ולכן הפאזה שלו חייבת להסתובב בכפולה של שני פאי סביב כל קו שטף; אילוץ זה מכריח את השטף הכלוא להופיע בקוונטות בדידות, כאשר כל אחת מהן יוצרת מערבולת אבריקוסוב אחת.