Teoria Ginzburga-Landaua i wiry

Teoria Ginzburga-Landaua opisuje nadprzewodnictwo za pomocą zespolonego parametru uporządkowania, a stosunek jej dwóch charakterystycznych długości dzieli nadprzewodniki na typ I i technologicznie istotny typ II, które dopuszczają skwantowane wiry strumienia.

Definition

Teoria Ginzburga-Landaua opisuje stan nadprzewodzący za pomocą zespolonego parametru uporządkowania, którego moduł mierzy lokalną gęstość kondensatu; stosunek głębokości wnikania pola magnetycznego do długości koherencji, czyli parametr Ginzburga-Landaua, odróżnia nadprzewodniki typu I od nadprzewodników typu II, które pozwalają na wnikanie strumienia magnetycznego w postaci skwantowanych wirów.

Scope

Ten temat obejmuje fenomenologiczną teorię Ginzburga-Landaua: zespolony parametr uporządkowania i rozwinięcie energii swobodnej, długość koherencji i głębokość wnikania oraz parametr Ginzburga-Landaua, który klasyfikuje nadprzewodniki jako typu I lub typu II. Omawia stan mieszany nadprzewodników typu II, skwantowaną linię strumienia (wir Abrikosowa) i jej sieć, dolne i górne pola krytyczne oraz zakotwiczanie strumienia. Łączy elektromagnetyczną teorię Londona z mikroskopową teorią BCS.

Core questions

• Co reprezentuje parametr uporządkowania Ginzburga-Landaua i jak buduje się z niego energię swobodną?
• Jak długość koherencji i głębokość wnikania definiują parametr Ginzburga-Landaua?
• Co odróżnia nadprzewodniki typu I od typu II?
• Czym jest wir Abrikosowa i dlaczego strumień wnika do nadprzewodników typu II w postaci skwantowanych linii?

Key concepts

• Zespolony parametr uporządkowania i rozwinięcie energii swobodnej
• Długość koherencji i głębokość wnikania
• Parametr Ginzburga-Landaua
• Nadprzewodniki typu I a typu II
• Sieć wirów Abrikosowa i zakotwiczanie strumienia

Key theories

Teoria parametru uporządkowania Ginzburga-Landaua

Ginzburg i Landau rozwinęli energię swobodną w zespolonym parametrze uporządkowania i jego gradientach, ujmując przestrzenne zmiany kondensatu, energie powierzchniowe i pola krytyczne, przy czym parametr uporządkowania, jak później wykazał Gor'kov, wynikał z teorii BCS.

Stan wirów Abrikosowa

Abrikosow przewidział, że nadprzewodniki typu II dopuszczają pole magnetyczne w postaci sieci skwantowanych wirów strumienia, z których każdy przenosi jeden kwant strumienia z normalnym rdzeniem, co pozwala nadprzewodnictwu przetrwać w bardzo silnych polach, co stanowi podstawę praktycznych magnesów nadprzewodzących.

Clinical relevance

Nadprzewodniki typu II i fizyka zakotwiczania wirów umożliwiają budowę wysokopolowych magnesów nadprzewodzących, co pozwala na MRI, spektrometry NMR, akceleratory cząstek i urządzenia termojądrowe; kontrolowanie ruchu wirów jest niezbędne do przenoszenia dużych nadprądów bez rozpraszania.

History

Ginzburg i Landau zaproponowali swoją teorię parametru uporządkowania w 1950 roku; Abrikosow wykorzystał ją w 1957 roku do przewidzenia sieci wirów w nadprzewodnikach typu II, a Gor'kov wkrótce wyprowadził tę teorię z BCS, za co Ginzburg i Abrikosow otrzymali Nagrodę Nobla w 2003 roku.

Key figures

• Vitaly Ginzburg
• Lev Landau
• Alexei Abrikosov

Seminal works

• abrikosov1957
• tinkham2004

Frequently asked questions

Jaka jest różnica między nadprzewodnikami typu I i typu II?

Nadprzewodniki typu I całkowicie wypierają pole magnetyczne, aż nagle tracą nadprzewodnictwo przy pojedynczym polu krytycznym; nadprzewodniki typu II natomiast pozwalają na wnikanie pola w postaci skwantowanych wirów w pewnym zakresie pól, pozostając nadprzewodzącymi do znacznie wyższego górnego pola krytycznego.

Dlaczego strumień magnetyczny musi wnikać w postaci skwantowanych wirów?

Nadprzewodzący parametr uporządkowania jest funkcją zespoloną jednowartościową, więc jego faza musi zmieniać się o wielokrotność dwóch pi wokół każdej linii strumienia; to ograniczenie wymusza, aby zamknięty strumień występował w dyskretnych kwantach, z których każdy tworzy jeden wir Abrikosowa.