Теорія Гінзбурга–Ландау та вихори

Теорія Гінзбурга–Ландау описує надпровідність за допомогою комплексного параметра порядку, а відношення двох її характерних довжин поділяє надпровідники на надпровідники I типу та технологічно важливі надпровідники II типу, які допускають квантовані вихори магнітного потоку.

Definition

Теорія Гінзбурга–Ландау описує надпровідний стан за допомогою комплексного параметра порядку, величина якого вимірює локальну густину конденсату; відношення глибини проникнення магнітного поля до довжини когерентності, параметр Гінзбурга–Ландау, відрізняє надпровідники I типу від надпровідників II типу, які дозволяють магнітному потоку проникати у вигляді квантованих вихорів.

Scope

Ця тема охоплює феноменологічну теорію Гінзбурга–Ландау: комплексний параметр порядку та розклад вільної енергії, довжину когерентності та глибину проникнення, а також параметр Гінзбурга–Ландау, який класифікує надпровідники як I або II типу. Вона розглядає змішаний стан надпровідників II типу, квантовану лінію магнітного потоку (вихор Абрикосова) та її ґратку, нижнє та верхнє критичні поля, а також пінінг магнітного потоку. Вона поєднує електромагнітну теорію Лондонів та мікроскопічну теорію БКШ.

Core questions

• Що представляє параметр порядку Гінзбурга–Ландау і як з нього будується вільна енергія?
• Як довжина когерентності та глибина проникнення визначають параметр Гінзбурга–Ландау?
• Що відрізняє надпровідники I типу від надпровідників II типу?
• Що таке вихор Абрикосова і чому магнітний потік проникає в надпровідники II типу у вигляді квантованих ліній?

Key concepts

• Комплексний параметр порядку та розклад вільної енергії
• Довжина когерентності та глибина проникнення
• Параметр Гінзбурга–Ландау
• Надпровідники I типу проти надпровідників II типу
• Вихорова ґратка Абрикосова та пінінг магнітного потоку

Key theories

Теорія параметра порядку Гінзбурга–Ландау

Гінзбург і Ландау розклали вільну енергію за комплексним параметром порядку та його градієнтами, охоплюючи просторові варіації конденсату, поверхневі енергії та критичні поля, причому пізніше Горьков показав, що параметр порядку випливає з теорії БКШ.

Вихоровий стан Абрикосова

Абрикосов передбачив, що надпровідники II типу допускають магнітне поле у вигляді ґратки квантованих вихорів магнітного потоку, кожен з яких несе один квант потоку з нормальною серцевиною, що дозволяє надпровідності зберігатися при дуже високих полях, що є основою практичних надпровідних магнітів.

Clinical relevance

Надпровідники II типу та фізика пінінгу вихорів уможливлюють створення високопольових надпровідних магнітів, що дозволяє використовувати їх у МРТ, ЯМР-спектрометрах, прискорювачах частинок та термоядерних установках; контроль руху вихорів є важливим для протікання великих надструмів без дисипації.

History

Гінзбург і Ландау запропонували свою теорію параметра порядку в 1950 році; Абрикосов використав її в 1957 році для передбачення вихорової ґратки надпровідників II типу, а Горьков незабаром вивів цю теорію з БКШ, робота, відзначена Нобелівською премією 2003 року для Гінзбурга та Абрикосова.

Key figures

• Vitaly Ginzburg
• Lev Landau
• Alexei Abrikosov

Seminal works

• abrikosov1957
• tinkham2004

Frequently asked questions

Яка різниця між надпровідниками I типу та надпровідниками II типу?

Надпровідники I типу повністю витісняють магнітне поле, доки вони раптово не втрачають надпровідність при єдиному критичному полі; надпровідники II типу натомість дозволяють полю проникати у вигляді квантованих вихорів у певному діапазоні полів, залишаючись надпровідними до значно вищого верхнього критичного поля.

Чому магнітний потік повинен проникати у вигляді квантованих вихорів?

Надпровідний параметр порядку є однозначною комплексною функцією, тому його фаза повинна змінюватися на кратне двом пі навколо будь-якої лінії магнітного потоку; це обмеження змушує замкнутий потік надходити дискретними квантами, кожен з яких утворює один вихор Абрикосова.