Teori Ginzburg-Landau dan Vorteks

Teori Ginzburg-Landau menghuraikan kesuperkonduksian melalui parameter tertib kompleks, dan nisbah dua panjang ciri-cirinya membahagikan superkonduktor kepada jenis-I dan jenis-II yang penting dari segi teknologi yang membenarkan vorteks fluks terkuanta.

Definition

Teori Ginzburg-Landau menghuraikan keadaan superkonduktor melalui parameter tertib kompleks yang magnitudnya mengukur ketumpatan tempatan kondensat; nisbah kedalaman penembusan magnetik kepada panjang koheren, iaitu parameter Ginzburg-Landau, membezakan superkonduktor jenis-I daripada superkonduktor jenis-II yang membenarkan fluks magnetik masuk sebagai vorteks terkuanta.

Scope

Topik ini merangkumi teori fenomenologi Ginzburg-Landau: parameter tertib kompleks dan pengembangan tenaga bebas, panjang koheren dan kedalaman penembusan, serta parameter Ginzburg-Landau yang mengelaskan superkonduktor sebagai jenis-I atau jenis-II. Ia membincangkan keadaan campuran superkonduktor jenis-II, garis fluks terkuanta (vorteks Abrikosov) dan kekisinya, medan genting bawah dan atas, serta penyematan fluks. Ia merapatkan teori elektromagnet London dan teori mikroskopik BCS.

Core questions

• Apakah yang diwakili oleh parameter tertib Ginzburg-Landau, dan bagaimanakah tenaga bebas dibina daripadanya?
• Bagaimanakah panjang koheren dan kedalaman penembusan mentakrifkan parameter Ginzburg-Landau?
• Apakah yang membezakan superkonduktor jenis-I daripada jenis-II?
• Apakah itu vorteks Abrikosov, dan mengapa fluks memasuki superkonduktor jenis-II dalam garis terkuanta?

Key concepts

• Parameter tertib kompleks dan pengembangan tenaga bebas
• Panjang koheren dan kedalaman penembusan
• Parameter Ginzburg-Landau
• Superkonduktor jenis-I berbanding jenis-II
• Kekisi vorteks Abrikosov dan penyematan fluks

Key theories

Teori parameter tertib Ginzburg-Landau

Ginzburg dan Landau mengembangkan tenaga bebas dalam parameter tertib kompleks dan kecerunannya, menangkap variasi ruang kondensat, tenaga permukaan, dan medan genting, dengan parameter tertib kemudiannya ditunjukkan oleh Gor'kov berasal daripada teori BCS.

Keadaan vorteks Abrikosov

Abrikosov meramalkan bahawa superkonduktor jenis-II membenarkan medan magnetik sebagai kekisi vorteks fluks terkuanta, setiap satu membawa satu kuantum fluks dengan teras normal, membolehkan kesuperkonduksian bertahan pada medan yang sangat tinggi, asas kepada magnet superkonduktor praktikal.

Clinical relevance

Superkonduktor jenis-II dan fizik penyematan vorteks memungkinkan magnet superkonduktor medan tinggi, membolehkan MRI, spektrometer NMR, pemecut zarah, dan peranti pelakuran; mengawal pergerakan vorteks adalah penting untuk membawa arus super yang besar tanpa lesapan.

History

Ginzburg dan Landau mencadangkan teori parameter tertib mereka pada tahun 1950; Abrikosov menggunakannya pada tahun 1957 untuk meramalkan kekisi vorteks superkonduktor jenis-II, dan Gor'kov tidak lama kemudian memperoleh teori tersebut daripada BCS, kerja yang diiktiraf dengan Hadiah Nobel 2003 kepada Ginzburg dan Abrikosov.

Key figures

• Vitaly Ginzburg
• Lev Landau
• Alexei Abrikosov

Seminal works

• abrikosov1957
• tinkham2004

Frequently asked questions

Apakah perbezaan antara superkonduktor jenis-I dan jenis-II?

Superkonduktor jenis-I menyingkirkan medan magnetik sepenuhnya sehingga ia tiba-tiba kehilangan kesuperkonduksian pada satu medan genting tunggal; superkonduktor jenis-II sebaliknya membenarkan medan menembusi sebagai vorteks terkuanta dalam julat medan, kekal superkonduktor sehingga medan genting atas yang jauh lebih tinggi.

Mengapa fluks magnetik mesti masuk sebagai vorteks terkuanta?

Parameter tertib superkonduktor ialah fungsi kompleks bernilai tunggal, jadi fasanya mesti berlingkar dengan gandaan dua pi di sekeliling mana-mana garis fluks; kekangan ini memaksa fluks yang terkandung untuk datang dalam kuanta diskret, setiap satu membentuk satu vorteks Abrikosov.