Teoria Ginzburg-Landau și vortexurile

Teoria Ginzburg-Landau descrie supraconductibilitatea printr-un parametru de ordine complex, iar raportul celor două lungimi caracteristice ale sale împarte supraconductorii în tipul I și tipul II, vital din punct de vedere tehnologic, care admit vortexuri de flux cuantificat.

Definition

Teoria Ginzburg-Landau descrie starea supraconductoare printr-un parametru de ordine complex a cărui magnitudine măsoară densitatea locală a condensatului; raportul dintre adâncimea de penetrare magnetică și lungimea de coerență, parametrul Ginzburg-Landau, distinge supraconductorii de tip I de supraconductorii de tip II care permit câmpului magnetic să pătrundă sub formă de vortexuri cuantificate.

Scope

Acest subiect acoperă teoria fenomenologică Ginzburg-Landau: parametrul de ordine complex și expansiunea energiei libere, lungimea de coerență și adâncimea de penetrare, precum și parametrul Ginzburg-Landau care clasifică supraconductorii ca fiind de tip I sau tip II. Tratează starea mixtă a supraconductorilor de tip II, linia de flux cuantificat (vortexul Abrikosov) și rețeaua sa, câmpurile critice inferioare și superioare, și ancorarea fluxului. Face legătura între teoria electromagnetică London și teoria microscopică BCS.

Core questions

• Ce reprezintă parametrul de ordine Ginzburg-Landau și cum este construită energia liberă din acesta?
• Cum definesc lungimea de coerență și adâncimea de penetrare parametrul Ginzburg-Landau?
• Ce distinge supraconductorii de tip I de cei de tip II?
• Ce este un vortex Abrikosov și de ce fluxul pătrunde în supraconductorii de tip II sub formă de linii cuantificate?

Key concepts

• Parametrul de ordine complex și expansiunea energiei libere
• Lungimea de coerență și adâncimea de penetrare
• Parametrul Ginzburg-Landau
• Supraconductori de tip I versus tip II
• Rețeaua de vortexuri Abrikosov și ancorarea fluxului

Key theories

Teoria parametrului de ordine Ginzburg-Landau

Ginzburg și Landau au extins energia liberă într-un parametru de ordine complex și gradienții săi, capturând variațiile spațiale ale condensatului, energiile de suprafață și câmpurile critice, parametrul de ordine fiind ulterior demonstrat de Gor'kov că derivă din teoria BCS.

Starea de vortex Abrikosov

Abrikosov a prezis că supraconductorii de tip II admit câmpul magnetic sub forma unei rețele de vortexuri de flux cuantificate, fiecare purtând un cuant de flux cu un miez normal, permițând supraconductibilității să supraviețuiască la câmpuri foarte înalte, baza magneților supraconductori practici.

Clinical relevance

Supraconductorii de tip II și fizica ancorării vortexurilor fac posibili magneții supraconductori de câmp înalt, permițând RMN, spectrometre RMN, acceleratoare de particule și dispozitive de fuziune; controlul mișcării vortexurilor este esențial pentru transportul curenților supraconductori mari fără disipare.

History

Ginzburg și Landau au propus teoria lor a parametrului de ordine în 1950; Abrikosov a folosit-o în 1957 pentru a prezice rețeaua de vortexuri a supraconductorilor de tip II, iar Gor'kov a derivat curând teoria din BCS, muncă recunoscută cu Premiul Nobel din 2003 pentru Ginzburg și Abrikosov.

Key figures

• Vitaly Ginzburg
• Lev Landau
• Alexei Abrikosov

Seminal works

• abrikosov1957
• tinkham2004

Frequently asked questions

Care este diferența dintre supraconductorii de tip I și supraconductorii de tip II?

Supraconductorii de tip I expulzează complet câmpul magnetic până când își pierd brusc supraconductibilitatea la un singur câmp critic; supraconductorii de tip II, în schimb, permit câmpului să pătrundă sub formă de vortexuri cuantificate pe o gamă de câmpuri, rămânând supraconductori până la un câmp critic superior mult mai înalt.

De ce trebuie ca fluxul magnetic să pătrundă sub formă de vortexuri cuantificate?

Parametrul de ordine supraconductor este o funcție complexă unică, astfel încât faza sa trebuie să se înfășoare cu un multiplu de doi pi în jurul oricărei linii de flux; această constrângere forțează fluxul închis să apară în cuante discrete, fiecare formând un vortex Abrikosov.