Teoria de Ginzburg-Landau e Vórtices

A teoria de Ginzburg-Landau descreve a supercondutividade através de um parâmetro de ordem complexo, e a razão de suas duas características de comprimento divide os supercondutores em tipo-I e o tipo-II, tecnologicamente vital, que admitem vórtices de fluxo quantizados.

Definition

A teoria de Ginzburg-Landau descreve o estado supercondutor por um parâmetro de ordem complexo cuja magnitude mede a densidade local do condensado; a razão entre a profundidade de penetração magnética e o comprimento de coerência, o parâmetro de Ginzburg-Landau, distingue os supercondutores tipo-I dos supercondutores tipo-II que permitem que o fluxo magnético entre como vórtices quantizados.

Scope

Este tópico abrange a teoria fenomenológica de Ginzburg-Landau: o parâmetro de ordem complexo e a expansão da energia livre, o comprimento de coerência e a profundidade de penetração, e o parâmetro de Ginzburg-Landau que classifica os supercondutores como tipo-I ou tipo-II. Ele trata do estado misto de supercondutores tipo-II, da linha de fluxo quantizada (vórtice de Abrikosov) e sua rede, dos campos críticos inferior e superior, e do aprisionamento de fluxo. Ele faz a ponte entre a teoria eletromagnética de London e a teoria microscópica BCS.

Core questions

• O que o parâmetro de ordem de Ginzburg-Landau representa e como a energia livre é construída a partir dele?
• Como o comprimento de coerência e a profundidade de penetração definem o parâmetro de Ginzburg-Landau?
• O que distingue os supercondutores tipo-I dos tipo-II?
• O que é um vórtice de Abrikosov e por que o fluxo entra nos supercondutores tipo-II em linhas quantizadas?

Key concepts

• Parâmetro de ordem complexo e expansão da energia livre
• Comprimento de coerência e profundidade de penetração
• Parâmetro de Ginzburg-Landau
• Supercondutores tipo-I versus tipo-II
• Rede de vórtices de Abrikosov e aprisionamento de fluxo

Key theories

Teoria do parâmetro de ordem de Ginzburg-Landau

Ginzburg e Landau expandiram a energia livre em um parâmetro de ordem complexo e seus gradientes, capturando variações espaciais do condensado, energias de superfície e os campos críticos, com o parâmetro de ordem posteriormente mostrado por Gor'kov como derivado da teoria BCS.

Estado de vórtice de Abrikosov

Abrikosov previu que os supercondutores tipo-II admitem campo magnético como uma rede de vórtices de fluxo quantizados, cada um carregando um quantum de fluxo com um núcleo normal, permitindo que a supercondutividade sobreviva a campos muito altos, a base de ímãs supercondutores práticos.

Clinical relevance

Supercondutores tipo-II e a física do aprisionamento de vórtices tornam possíveis ímãs supercondutores de alto campo, permitindo ressonância magnética (RM), espectrômetros de ressonância magnética nuclear (RMN), aceleradores de partículas e dispositivos de fusão; controlar o movimento dos vórtices é essencial para transportar grandes supercorrentes sem dissipação.

History

Ginzburg e Landau propuseram sua teoria do parâmetro de ordem em 1950; Abrikosov a usou em 1957 para prever a rede de vórtices de supercondutores tipo-II, e Gor'kov logo derivou a teoria da BCS, trabalho reconhecido com o Prêmio Nobel de 2003 para Ginzburg e Abrikosov.

Key figures

• Vitaly Ginzburg
• Lev Landau
• Alexei Abrikosov

Seminal works

• abrikosov1957
• tinkham2004

Frequently asked questions

Qual a diferença entre supercondutores tipo-I e tipo-II?

Supercondutores tipo-I expelem completamente o campo magnético até que percam abruptamente a supercondutividade em um único campo crítico; supercondutores tipo-II, em vez disso, permitem que o campo penetre como vórtices quantizados em uma faixa de campos, permanecendo supercondutores até um campo crítico superior muito mais alto.

Por que o fluxo magnético deve entrar como vórtices quantizados?

O parâmetro de ordem supercondutor é uma função complexa de valor único, então sua fase deve girar por um múltiplo de dois pi em torno de qualquer linha de fluxo; essa restrição força o fluxo contido a vir em quanta discretos, cada um formando um vórtice de Abrikosov.