Ginzburg-Landaus teori och virvlar

Ginzburg-Landaus teori beskriver supraledning med hjälp av en komplex ordningsparameter, och förhållandet mellan dess två karakteristiska längder delar in supraledare i typ-I och de teknologiskt vitala typ-II, som tillåter kvantiserade flödesvirvlar.

Definition

Ginzburg-Landaus teori beskriver det supraledande tillståndet med en komplex ordningsparameter vars magnitud mäter kondensatets lokala densitet; förhållandet mellan det magnetiska penetrationsdjupet och koherenslängden, Ginzburg-Landau-parametern, skiljer typ-I-supraledare från typ-II-supraledare som tillåter magnetiskt flöde att tränga in som kvantiserade virvlar.

Scope

Detta ämne behandlar Ginzburg-Landaus fenomenologiska teori: den komplexa ordningsparametern och frienergiutvecklingen, koherenslängden och penetrationsdjupet, samt Ginzburg-Landau-parametern som klassificerar supraledare som typ-I eller typ-II. Den behandlar det blandade tillståndet hos typ-II-supraledare, den kvantiserade flödeslinjen (Abrikosov-virveln) och dess gitter, de nedre och övre kritiska fälten, samt flödesförankring. Den överbryggar Londons elektromagnetiska teori och BCS mikroskopiska teori.

Core questions

• Vad representerar Ginzburg-Landaus ordningsparameter, och hur byggs frienergin upp från den?
• Hur definierar koherenslängden och penetrationsdjupet Ginzburg-Landau-parametern?
• Vad skiljer typ-I från typ-II-supraledare?
• Vad är en Abrikosov-virvel, och varför tränger flöde in i typ-II-supraledare i kvantiserade linjer?

Key concepts

• Komplex ordningsparameter och frienergiutveckling
• Koherenslängd och penetrationsdjup
• Ginzburg-Landau-parameter
• Typ-I kontra typ-II-supraledare
• Abrikosov-virvelgitter och flödesförankring

Key theories

Ginzburg-Landaus ordningsparameterteori

Ginzburg och Landau utvecklade frienergin i en komplex ordningsparameter och dess gradienter, vilket fångade rumsliga variationer av kondensatet, ytenergier och de kritiska fälten, där ordningsparametern senare visades av Gor'kov att följa från BCS-teorin.

Abrikosov-virveltillstånd

Abrikosov förutspådde att typ-II-supraledare tillåter magnetfält som ett gitter av kvantiserade flödesvirvlar, var och en bärande ett flödeskvantum med en normal kärna, vilket gör att supraledning kan överleva vid mycket höga fält, grunden för praktiska supraledande magneter.

Clinical relevance

Typ-II-supraledare och fysiken bakom virvelförankring möjliggör supraledande magneter med höga fält, vilket används i MRI, NMR-spektrometrar, partikelacceleratorer och fusionsanordningar; att kontrollera virvelrörelsen är avgörande för att leda stora supraströmmar utan dissipation.

History

Ginzburg och Landau föreslog sin ordningsparameterteori 1950; Abrikosov använde den 1957 för att förutsäga virvelgittret hos typ-II-supraledare, och Gor'kov härledde snart teorin från BCS, ett arbete som erkändes med Nobelpriset 2003 till Ginzburg och Abrikosov.

Key figures

• Vitaly Ginzburg
• Lev Landau
• Alexei Abrikosov

Seminal works

• abrikosov1957
• tinkham2004

Frequently asked questions

Vad är skillnaden mellan typ-I och typ-II-supraledare?

Typ-I-supraledare stöter bort magnetfält helt tills de abrupt förlorar supraledningsförmågan vid ett enda kritiskt fält; typ-II-supraledare låter istället fältet tränga in som kvantiserade virvlar över ett intervall av fält, och förblir supraledande upp till ett mycket högre övre kritiskt fält.

Varför måste magnetiskt flöde tränga in som kvantiserade virvlar?

Den supraledande ordningsparametern är en envärd komplex funktion, så dess fas måste linda sig med en multipel av två pi runt varje flödeslinje; denna begränsning tvingar det inneslutna flödet att komma i diskreta kvanta, där varje kvantum bildar en Abrikosov-virvel.