Ginzburg-Landau-teori og virvler

Ginzburg-Landau-teorien beskriver superledning gjennom en kompleks ordensparameter, og forholdet mellom dens to karakteristiske lengder deler superledere inn i type-I og den teknologisk viktige type-II som tillater kvantiserte fluksvirvler.

Definition

Ginzburg-Landau-teorien beskriver den superledende tilstanden ved en kompleks ordensparameter hvis størrelse måler den lokale tettheten av kondensatet; forholdet mellom den magnetiske penetrasjonsdybden og koherenslengden, Ginzburg-Landau-parameteren, skiller type-I-superledere fra type-II-superledere som tillater magnetisk fluks å trenge inn som kvantiserte virvler.

Scope

Dette emnet dekker Ginzburg-Landau-fenomenologisk teori: den komplekse ordensparameteren og frienergiutvidelsen, koherenslengden og penetrasjonsdybden, og Ginzburg-Landau-parameteren som klassifiserer superledere som type-I eller type-II. Den behandler den blandede tilstanden til type-II-superledere, den kvantiserte flukslinjen (Abrikosov-virvel) og dens gitter, de nedre og øvre kritiske feltene, og fluksforankring. Den bygger bro mellom Londons elektromagnetiske teori og BCS mikroskopisk teori.

Core questions

• Hva representerer Ginzburg-Landau-ordensparameteren, og hvordan bygges frienergien fra den?
• Hvordan definerer koherenslengden og penetrasjonsdybden Ginzburg-Landau-parameteren?
• Hva skiller type-I fra type-II-superledere?
• Hva er en Abrikosov-virvel, og hvorfor trenger fluks inn i type-II-superledere i kvantiserte linjer?

Key concepts

• Kompleks ordensparameter og frienergiutvidelse
• Koherenslengde og penetrasjonsdybde
• Ginzburg-Landau-parameter
• Type-I versus type-II-superledere
• Abrikosov-virvelgitter og fluksforankring

Key theories

Ginzburg-Landau-ordensparameterteori

Ginzburg og Landau utvidet frienergien i en kompleks ordensparameter og dens gradienter, og fanget romlige variasjoner av kondensatet, overflateenergier og de kritiske feltene, der ordensparameteren senere ble vist av Gor'kov å følge fra BCS-teorien.

Abrikosov-virveltilstad

Abrikosov forutså at type-II-superledere tillater magnetfelt som et gitter av kvantiserte fluksvirvler, der hver bærer ett flukskvant med en normal kjerne, noe som gjør at superledning kan overleve til svært høye felt, grunnlaget for praktiske superledende magneter.

Clinical relevance

Type-II-superledere og fysikken bak virvelforankring muliggjør høyfelt superledende magneter, som muliggjør MR, NMR-spektrometre, partikkelakseleratorer og fusjonsenheter; kontroll av virvelbevegelse er avgjørende for å transportere store superstrømmer uten dissipasjon.

History

Ginzburg og Landau foreslo sin ordensparameterteori i 1950; Abrikosov brukte den i 1957 for å forutsi virvelgitteret til type-II-superledere, og Gor'kov utledet snart teorien fra BCS, et arbeid anerkjent med Nobelprisen i 2003 til Ginzburg og Abrikosov.

Key figures

• Vitaly Ginzburg
• Lev Landau
• Alexei Abrikosov

Seminal works

• abrikosov1957
• tinkham2004

Frequently asked questions

Hva er forskjellen mellom type-I og type-II-superledere?

Type-I-superledere utviser magnetfelt fullstendig til de plutselig mister superledning ved et enkelt kritisk felt; type-II-superledere lar i stedet felt trenge inn som kvantiserte virvler over et spekter av felt, og forblir superledende til et mye høyere øvre kritisk felt.

Hvorfor må magnetisk fluks trenge inn som kvantiserte virvler?

Den superledende ordensparameteren er en entydig kompleks funksjon, så dens fase må vikle seg med et multiplum av to pi rundt enhver flukslinje; denne begrensningen tvinger den innesluttede fluksen til å komme i diskrete kvanta, der hver danner en Abrikosov-virvel.