Teoria di Ginzburg-Landau e vortici

La teoria di Ginzburg-Landau descrive la superconduttività attraverso un parametro d'ordine complesso, e il rapporto delle sue due lunghezze caratteristiche divide i superconduttori in tipo-I e tipo-II, tecnologicamente vitali, che ammettono vortici di flusso quantizzati.

Definition

La teoria di Ginzburg-Landau descrive lo stato superconduttore mediante un parametro d'ordine complesso la cui magnitudine misura la densità locale del condensato; il rapporto tra la profondità di penetrazione magnetica e la lunghezza di coerenza, il parametro di Ginzburg-Landau, distingue i superconduttori di tipo-I dai superconduttori di tipo-II che permettono al flusso magnetico di entrare come vortici quantizzati.

Scope

Questo argomento tratta la teoria fenomenologica di Ginzburg-Landau: il parametro d'ordine complesso e l'espansione dell'energia libera, la lunghezza di coerenza e la profondità di penetrazione, e il parametro di Ginzburg-Landau che classifica i superconduttori come tipo-I o tipo-II. Tratta lo stato misto dei superconduttori di tipo-II, la linea di flusso quantizzata (vortice di Abrikosov) e il suo reticolo, i campi critici inferiore e superiore, e il pinning del flusso. Collega la teoria elettromagnetica di London e la teoria microscopica BCS.

Core questions

• Cosa rappresenta il parametro d'ordine di Ginzburg-Landau e come si costruisce l'energia libera da esso?
• Come definiscono la lunghezza di coerenza e la profondità di penetrazione il parametro di Ginzburg-Landau?
• Cosa distingue i superconduttori di tipo-I da quelli di tipo-II?
• Cos'è un vortice di Abrikosov e perché il flusso entra nei superconduttori di tipo-II in linee quantizzate?

Key concepts

• Parametro d'ordine complesso ed espansione dell'energia libera
• Lunghezza di coerenza e profondità di penetrazione
• Parametro di Ginzburg-Landau
• Superconduttori di tipo-I versus tipo-II
• Reticolo di vortici di Abrikosov e pinning del flusso

Key theories

Teoria del parametro d'ordine di Ginzburg-Landau

Ginzburg e Landau espansero l'energia libera in un parametro d'ordine complesso e nei suoi gradienti, catturando le variazioni spaziali del condensato, le energie superficiali e i campi critici, con il parametro d'ordine successivamente dimostrato da Gor'kov derivare dalla teoria BCS.

Stato di vortice di Abrikosov

Abrikosov predisse che i superconduttori di tipo-II ammettono il campo magnetico come un reticolo di vortici di flusso quantizzati, ciascuno portante un quanto di flusso con un nucleo normale, permettendo alla superconduttività di sopravvivere a campi molto elevati, la base dei magneti superconduttori pratici.

Clinical relevance

I superconduttori di tipo-II e la fisica del pinning dei vortici rendono possibili i magneti superconduttori ad alto campo, consentendo MRI, spettrometri NMR, acceleratori di particelle e dispositivi a fusione; il controllo del movimento dei vortici è essenziale per trasportare grandi supercorrenti senza dissipazione.

History

Ginzburg e Landau proposero la loro teoria del parametro d'ordine nel 1950; Abrikosov la usò nel 1957 per predire il reticolo di vortici dei superconduttori di tipo-II, e Gor'kov derivò presto la teoria dalla BCS, lavoro riconosciuto con il Premio Nobel del 2003 a Ginzburg e Abrikosov.

Key figures

• Vitaly Ginzburg
• Lev Landau
• Alexei Abrikosov

Seminal works

• abrikosov1957
• tinkham2004

Frequently asked questions

Qual è la differenza tra superconduttori di tipo-I e di tipo-II?

I superconduttori di tipo-I espellono completamente il campo magnetico fino a perdere bruscamente la superconduttività a un singolo campo critico; i superconduttori di tipo-II invece lasciano penetrare il campo come vortici quantizzati su un intervallo di campi, rimanendo superconduttori fino a un campo critico superiore molto più elevato.

Perché il flusso magnetico deve entrare come vortici quantizzati?

Il parametro d'ordine superconduttore è una funzione complessa a valore singolo, quindi la sua fase deve avvolgersi di un multiplo di due pi greco attorno a qualsiasi linea di flusso; questo vincolo costringe il flusso racchiuso a presentarsi in quanti discreti, ciascuno formando un vortice di Abrikosov.