Ginzburg-Landau-elmélet és örvények

A Ginzburg-Landau-elmélet egy komplex rendparaméteren keresztül írja le a szupravezetést, és két karakterisztikus hosszának aránya osztja fel a szupravezetőket I-es típusú és a technológiailag létfontosságú II-es típusú szupravezetőkre, amelyek kvantált fluxusörvényeket engednek meg.

Definition

A Ginzburg-Landau-elmélet a szupravezető állapotot egy komplex rendparaméterrel írja le, amelynek nagysága a kondenzátum lokális sűrűségét méri; a mágneses behatolási mélység és a koherenciahossz aránya, a Ginzburg-Landau-paraméter, megkülönbözteti az I-es típusú szupravezetőket a II-es típusú szupravezetőktől, amelyek lehetővé teszik a mágneses fluxus behatolását kvantált örvények formájában.

Scope

Ez a téma a Ginzburg-Landau fenomenológiai elméletét tárgyalja: a komplex rendparamétert és a szabadenergia-kiterjesztést, a koherenciahosszt és a behatolási mélységet, valamint a Ginzburg-Landau-paramétert, amely I-es vagy II-es típusúként osztályozza a szupravezetőket. Kitér a II-es típusú szupravezetők vegyes állapotára, a kvantált fluxusvonalra (Abrikosov-örvény) és annak rácsára, az alsó és felső kritikus terekre, valamint a fluxusrögzítésre. Áthidalja a London-féle elektromágneses elméletet és a BCS mikroszkopikus elméletet.

Core questions

• Mit képvisel a Ginzburg-Landau-rendparaméter, és hogyan épül fel belőle a szabadenergia?
• Hogyan határozza meg a koherenciahossz és a behatolási mélység a Ginzburg-Landau-paramétert?
• Mi különbözteti meg az I-es típusú szupravezetőket a II-es típusúaktól?
• Mi az Abrikosov-örvény, és miért hatol be a fluxus a II-es típusú szupravezetőkbe kvantált vonalakban?

Key concepts

• Komplex rendparaméter és szabadenergia-kiterjesztés
• Koherenciahossz és behatolási mélység
• Ginzburg-Landau-paraméter
• I-es típusú versus II-es típusú szupravezetők
• Abrikosov-örvényrács és fluxusrögzítés

Key theories

Ginzburg-Landau rendparaméter-elmélet

Ginzburg és Landau egy komplex rendparaméter és annak gradiensei szerint fejtették ki a szabadenergiát, megragadva a kondenzátum térbeli variációit, a felületi energiákat és a kritikus terekeket, miközben a rendparaméterről Gor'kov később kimutatta, hogy a BCS-elméletből következik.

Abrikosov-örvényállapot

Abrikosov megjósolta, hogy a II-es típusú szupravezetők mágneses teret engednek be kvantált fluxusörvények rácsaként, amelyek mindegyike egy fluxuskvantumot hordoz normál maggal, lehetővé téve a szupravezetés fennmaradását nagyon magas terekben is, ami a gyakorlati szupravezető mágnesek alapja.

Clinical relevance

A II-es típusú szupravezetők és az örvényrögzítés fizikája teszi lehetővé a nagyterű szupravezető mágneseket, lehetővé téve az MRI-t, az NMR-spektrométereket, a részecskegyorsítókat és a fúziós eszközöket; az örvények mozgásának szabályozása elengedhetetlen a nagy szuperáramok disszipációmentes vezetéséhez.

History

Ginzburg és Landau 1950-ben javasolták rendparaméter-elméletüket; Abrikosov 1957-ben használta fel a II-es típusú szupravezetők örvényrácsának előrejelzésére, és Gor'kov hamarosan levezette az elméletet a BCS-ből, amiért Ginzburg és Abrikosov 2003-ban Nobel-díjat kapott.

Key figures

• Vitaly Ginzburg
• Lev Landau
• Alexei Abrikosov

Seminal works

• abrikosov1957
• tinkham2004

Frequently asked questions

Mi a különbség az I-es és a II-es típusú szupravezetők között?

Az I-es típusú szupravezetők teljesen kiszorítják a mágneses teret, amíg egyetlen kritikus térnél hirtelen el nem vesztik szupravezető képességüket; a II-es típusú szupravezetők ehelyett kvantált örvények formájában engedik be a teret egy bizonyos tértartományban, sokkal magasabb felső kritikus térig szupravezetők maradva.

Miért kell a mágneses fluxusnak kvantált örvények formájában behatolnia?

A szupravezető rendparaméter egyértékű komplex függvény, így fázisának minden fluxusvonal körül a két pí többszörösével kell tekerednie; ez a kényszer arra készteti a bezárt fluxust, hogy diszkrét kvantumokban jelenjen meg, amelyek mindegyike egy Abrikosov-örvényt alkot.