Lý thuyết Ginzburg-Landau và các xoáy từ thông

Lý thuyết Ginzburg-Landau mô tả tính siêu dẫn thông qua một tham số trật tự phức, và tỷ lệ của hai độ dài đặc trưng của nó chia các chất siêu dẫn thành loại I và loại II quan trọng về mặt công nghệ, cho phép các xoáy từ thông lượng tử hóa tồn tại.

Definition

Lý thuyết Ginzburg-Landau mô tả trạng thái siêu dẫn bằng một tham số trật tự phức mà độ lớn của nó đo mật độ cục bộ của ngưng tụ; tỷ lệ giữa độ sâu xuyên từ trường và độ dài kết hợp, tham số Ginzburg-Landau, phân biệt các chất siêu dẫn loại I với các chất siêu dẫn loại II, cho phép từ trường đi vào dưới dạng các xoáy lượng tử hóa.

Scope

Chủ đề này bao gồm lý thuyết hiện tượng luận Ginzburg-Landau: tham số trật tự phức và khai triển năng lượng tự do, độ dài kết hợp và độ sâu xuyên thấu, và tham số Ginzburg-Landau phân loại các chất siêu dẫn thành loại I hoặc loại II. Nó đề cập đến trạng thái hỗn hợp của các chất siêu dẫn loại II, đường từ thông lượng tử hóa (xoáy Abrikosov) và mạng lưới của nó, các trường tới hạn dưới và trên, và ghim từ thông. Nó bắc cầu giữa lý thuyết điện từ London và lý thuyết vi mô BCS.

Core questions

• Tham số trật tự Ginzburg-Landau đại diện cho điều gì, và năng lượng tự do được xây dựng từ nó như thế nào?
• Độ dài kết hợp và độ sâu xuyên thấu định nghĩa tham số Ginzburg-Landau như thế nào?
• Điều gì phân biệt chất siêu dẫn loại I với loại II?
• Xoáy Abrikosov là gì, và tại sao từ thông đi vào chất siêu dẫn loại II dưới dạng các đường lượng tử hóa?

Key concepts

• Tham số trật tự phức và khai triển năng lượng tự do
• Độ dài kết hợp và độ sâu xuyên thấu
• Tham số Ginzburg-Landau
• Chất siêu dẫn loại I so với loại II
• Mạng lưới xoáy Abrikosov và ghim từ thông

Key theories

Lý thuyết tham số trật tự Ginzburg-Landau

Ginzburg và Landau đã khai triển năng lượng tự do trong một tham số trật tự phức và các gradient của nó, nắm bắt các biến đổi không gian của ngưng tụ, năng lượng bề mặt và các trường tới hạn, với tham số trật tự sau đó được Gor'kov chứng minh là xuất phát từ lý thuyết BCS.

Trạng thái xoáy Abrikosov

Abrikosov đã dự đoán rằng các chất siêu dẫn loại II cho phép từ trường đi vào dưới dạng một mạng lưới các xoáy từ thông lượng tử hóa, mỗi xoáy mang một lượng tử từ thông với một lõi bình thường, cho phép tính siêu dẫn tồn tại ở các trường rất cao, là cơ sở của các nam châm siêu dẫn thực tế.

Clinical relevance

Các chất siêu dẫn loại II và vật lý ghim xoáy giúp tạo ra các nam châm siêu dẫn trường cao, cho phép MRI, máy quang phổ NMR, máy gia tốc hạt và thiết bị nhiệt hạch; kiểm soát chuyển động xoáy là điều cần thiết để mang các siêu dòng điện lớn mà không bị tiêu tán.

History

Ginzburg và Landau đã đề xuất lý thuyết tham số trật tự của họ vào năm 1950; Abrikosov đã sử dụng nó vào năm 1957 để dự đoán mạng lưới xoáy của các chất siêu dẫn loại II, và Gor'kov sau đó đã suy ra lý thuyết từ BCS, công trình được công nhận với giải Nobel năm 2003 cho Ginzburg và Abrikosov.

Key figures

• Vitaly Ginzburg
• Lev Landau
• Alexei Abrikosov

Seminal works

• abrikosov1957
• tinkham2004

Frequently asked questions

Sự khác biệt giữa chất siêu dẫn loại I và loại II là gì?

Các chất siêu dẫn loại I đẩy hoàn toàn từ trường cho đến khi chúng đột ngột mất tính siêu dẫn ở một trường tới hạn duy nhất; các chất siêu dẫn loại II thay vào đó cho phép trường xuyên qua dưới dạng các xoáy lượng tử hóa trên một dải trường, duy trì tính siêu dẫn đến một trường tới hạn trên cao hơn nhiều.

Tại sao từ thông phải đi vào dưới dạng các xoáy lượng tử hóa?

Tham số trật tự siêu dẫn là một hàm phức có giá trị đơn, vì vậy pha của nó phải quấn quanh một bội số của hai pi xung quanh bất kỳ đường từ thông nào; ràng buộc này buộc từ thông bị bao quanh phải đến theo các lượng tử rời rạc, mỗi lượng tử tạo thành một xoáy Abrikosov.