ทฤษฎี Ginzburg-Landau และวอร์เท็กซ์

ทฤษฎี Ginzburg-Landau อธิบายสภาพนำยวดยิ่งผ่านพารามิเตอร์อันดับเชิงซ้อน และอัตราส่วนของความยาวลักษณะเฉพาะสองค่าแบ่งตัวนำยวดยิ่งออกเป็นชนิดที่ I และชนิดที่ II ซึ่งมีความสำคัญทางเทคโนโลยีที่ยอมให้เกิดวอร์เท็กซ์ฟลักซ์แบบควอนตัม

Definition

ทฤษฎี Ginzburg-Landau อธิบายสถานะนำยวดยิ่งด้วยพารามิเตอร์อันดับเชิงซ้อน ซึ่งขนาดของมันวัดความหนาแน่นเฉพาะที่ของสารควบแน่น; อัตราส่วนของความลึกการทะลุทะลวงของสนามแม่เหล็กต่อความยาวสภาพคงตัว ซึ่งเป็นพารามิเตอร์ Ginzburg-Landau จะแยกความแตกต่างระหว่างตัวนำยวดยิ่งชนิดที่ I กับตัวนำยวดยิ่งชนิดที่ II ที่ยอมให้สนามแม่เหล็กเข้าสู่ภายในในรูปของวอร์เท็กซ์แบบควอนตัม

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมทฤษฎีปรากฏการณ์วิทยา Ginzburg-Landau: พารามิเตอร์อันดับเชิงซ้อนและการขยายพลังงานอิสระ, ความยาวสภาพคงตัวและความลึกของการทะลุทะลวง, และพารามิเตอร์ Ginzburg-Landau ที่จำแนกตัวนำยวดยิ่งเป็นชนิดที่ I หรือชนิดที่ II โดยจะกล่าวถึงสถานะผสมของตัวนำยวดยิ่งชนิดที่ II, เส้นฟลักซ์แบบควอนตัม (Abrikosov vortex) และโครงสร้างของมัน, สนามวิกฤตล่างและบน, และการตรึงฟลักซ์ ซึ่งเชื่อมโยงทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าของ London และทฤษฎีจุลภาค BCS

Core questions

• พารามิเตอร์อันดับ Ginzburg-Landau แสดงถึงอะไร และพลังงานอิสระถูกสร้างขึ้นจากมันได้อย่างไร
• ความยาวสภาพคงตัวและความลึกของการทะลุทะลวงกำหนดพารามิเตอร์ Ginzburg-Landau ได้อย่างไร
• อะไรคือสิ่งที่แยกความแตกต่างระหว่างตัวนำยวดยิ่งชนิดที่ I กับชนิดที่ II
• Abrikosov vortex คืออะไร และทำไมฟลักซ์จึงเข้าสู่ตัวนำยวดยิ่งชนิดที่ II ในรูปของเส้นควอนตัม

Key concepts

• พารามิเตอร์อันดับเชิงซ้อนและการขยายพลังงานอิสระ
• ความยาวสภาพคงตัวและความลึกของการทะลุทะลวง
• พารามิเตอร์ Ginzburg-Landau
• ตัวนำยวดยิ่งชนิดที่ I เทียบกับชนิดที่ II
• โครงสร้าง Abrikosov vortex และการตรึงฟลักซ์

Key theories

ทฤษฎีพารามิเตอร์อันดับ Ginzburg-Landau

Ginzburg และ Landau ได้ขยายพลังงานอิสระในพารามิเตอร์อันดับเชิงซ้อนและเกรเดียนต์ของมัน ซึ่งจับการเปลี่ยนแปลงเชิงพื้นที่ของสารควบแน่น, พลังงานพื้นผิว, และสนามวิกฤต โดยพารามิเตอร์อันดับนี้ต่อมา Gor'kov ได้แสดงให้เห็นว่ามาจากทฤษฎี BCS

สถานะ Abrikosov vortex

Abrikosov ทำนายว่าตัวนำยวดยิ่งชนิดที่ II ยอมให้สนามแม่เหล็กเข้ามาในรูปของโครงสร้างวอร์เท็กซ์ฟลักซ์แบบควอนตัม ซึ่งแต่ละอันมีฟลักซ์ควอนตัมหนึ่งหน่วยพร้อมแกนปกติ ทำให้สภาพนำยวดยิ่งสามารถคงอยู่ได้ในสนามที่สูงมาก ซึ่งเป็นพื้นฐานของแม่เหล็กนำยวดยิ่งที่ใช้งานได้จริง

Clinical relevance

ตัวนำยวดยิ่งชนิดที่ II และฟิสิกส์ของการตรึงวอร์เท็กซ์ทำให้สามารถสร้างแม่เหล็กนำยวดยิ่งสนามสูงได้ ซึ่งช่วยให้ MRI, เครื่องสเปกโตรมิเตอร์ NMR, เครื่องเร่งอนุภาค, และอุปกรณ์ฟิวชันเป็นไปได้ การควบคุมการเคลื่อนที่ของวอร์เท็กซ์เป็นสิ่งสำคัญในการนำกระแสยวดยิ่งขนาดใหญ่โดยไม่มีการสูญเสีย

History

Ginzburg และ Landau เสนอทฤษฎีพารามิเตอร์อันดับของพวกเขาในปี 1950; Abrikosov ใช้มันในปี 1957 เพื่อทำนายโครงสร้างวอร์เท็กซ์ของตัวนำยวดยิ่งชนิดที่ II และ Gor'kov ได้พัฒนาทฤษฎีนี้จาก BCS ในไม่ช้า ซึ่งผลงานนี้ได้รับการยอมรับด้วยรางวัลโนเบลในปี 2003 ให้แก่ Ginzburg และ Abrikosov

Key figures

• Vitaly Ginzburg
• Lev Landau
• Alexei Abrikosov

Seminal works

• abrikosov1957
• tinkham2004

Frequently asked questions

อะไรคือความแตกต่างระหว่างตัวนำยวดยิ่งชนิดที่ I และชนิดที่ II

ตัวนำยวดยิ่งชนิดที่ I จะขับไล่สนามแม่เหล็กออกไปอย่างสมบูรณ์จนกระทั่งสูญเสียสภาพนำยวดยิ่งอย่างกะทันหันที่สนามวิกฤตเดียว; ในทางกลับกัน ตัวนำยวดยิ่งชนิดที่ II จะยอมให้สนามทะลุทะลวงเข้ามาในรูปของวอร์เท็กซ์แบบควอนตัมในช่วงของสนาม โดยยังคงเป็นตัวนำยวดยิ่งไปจนถึงสนามวิกฤตบนที่สูงกว่ามาก

ทำไมฟลักซ์แม่เหล็กจึงต้องเข้าสู่ในรูปของวอร์เท็กซ์แบบควอนตัม

พารามิเตอร์อันดับของตัวนำยวดยิ่งเป็นฟังก์ชันเชิงซ้อนที่มีค่าเดียว ดังนั้นเฟสของมันจะต้องหมุนเป็นพหุคูณของสองพายรอบเส้นฟลักซ์ใดๆ ข้อจำกัดนี้บังคับให้ฟลักซ์ที่ล้อมรอบเข้ามาในรูปของควอนตัมที่ไม่ต่อเนื่อง ซึ่งแต่ละอันก่อตัวเป็น Abrikosov vortex หนึ่งอัน