Вихрь Абрикосова

Изображение вихрей в пленке YBCO толщиной 200 нм, полученное с помощью сканирующей СКВИД-микроскопии^[англ.]

Вихрь Абрикосова, абрикосовский вихрь (англ. Abrikosov vortex) — вихрь сверхпроводящего тока (сверхтока), циркулирующий вокруг нормального (несверхпроводящего) ядра (нити вихря), индуцирующий магнитное поле с магнитным потоком, эквивалентным кванту магнитного потока.[1]

Открыт физиком А. А. Абрикосовым в 1957 году. В его работе «О магнитных свойствах сверхпроводников второй группы» было теоретически показано, что проникновение магнитного поля в сверхпроводник 2 рода происходит в виде квантованных вихревых нитей (такая система энергетически «выгодна»)[2]. Каждая такая нить (вихрь) имеет нормальную (несверхпроводящую) сердцевину с радиусом порядка длины когерентности сверхпроводника ${\displaystyle \xi }$. Вокруг этого нормального цилиндра в области с радиусом порядка глубины проникновения магнитного поля ${\displaystyle \lambda }$ течёт вихревой незатухающий ток куперовских пар (сверхток), ориентированный так, что создаваемое им магнитное поле направлено вдоль нормальной сердцевины, то есть совпадает с направлением внешнего магнитного поля. При этом каждый вихрь несёт один квант магнитного потока ${\displaystyle {\Phi _{0}}=h/(2e)}$[1].

Описание

В теории сверхпроводимости вихрями Абрикосова называют вихри сверхтока в сверхпроводниках второго рода. Сверхток циркулирует вокруг нормального (несверхпроводящего) домена, представляющего собой цилиндр, вытянутый вдоль направления внешнего магнитного поля, образуя вихрь. Радиус основания этого цилиндра определяется длиной когерентности ${\displaystyle \sim \xi }$ (один из основных параметров теории Гинзбурга — Ландау). Сверхток исчезает в домене на расстоянии порядка ${\displaystyle \lambda }$ (Лондоновской глубины проникновения от края — характерный параметр для каждого конкретного сверхпроводящего материала). Циркулирующий сверхток порождает магнитное поле, величина которого определяется квантом магнитного потока ${\displaystyle \Phi _{0}}$. Поэтому вихри Абрикосова называют иногда флюксонами.

Распределение магнитного поля в одиночном вихре на расстоянии, большем характерного размера ядра, определяется соотношением[3][4][5]:

${\displaystyle B(r)={\frac {\Phi _{0}}{2\pi \lambda ^{2}}}K_{0}\left({\frac {r}{\lambda }}\right)\approx {\sqrt {\frac {\lambda }{r}}}\exp \left(-{\frac {r}{\lambda }}\right),}$

где ${\displaystyle K_{0}(z)}$ — модифицированная функция Бесселя второго рода нулевого порядка. При ${\displaystyle r\lesssim \xi }$ поле определяется следующим соотношением:

${\displaystyle B(0)\approx {\frac {\Phi _{0}}{2\pi \lambda ^{2}}}\ln \kappa ,}$

где ${\displaystyle \kappa =\lambda /\xi }$ — известный параметр теории Гинзбурга — Ландау, который должен удовлетворять соотношению ${\displaystyle \kappa >1/{\sqrt {2}}}$ в сверхпроводниках второго рода.

Вихри, проникнув в сверхпроводник, располагаются друг от друга на расстоянии порядка ${\displaystyle \lambda }$, образуя в поперечном сечении правильную треугольную решётку, возникает так называемое смешанное состояние. При увеличении внешнего магнитного поля плотность вихрей становится настолько большой, что расстояние между ближайшими вихрями становится порядка ${\displaystyle \xi }$, вихри соприкасаются своими нормальными областями и происходит фазовый переход второго рода сверхпроводника в нормальное состояние.

Пиннинг

Запрос «Пиннинг» перенаправляется сюда; см. также другие значения.

Вообще говоря, вихри движутся в сверхпроводящем материале, когда через него течёт ток[6]. Однако вихри могут самопроизвольно закрепляться на наноразмерных неоднородностях в материале. Этот процесс называется пиннингом (англ. pinning — закрепление, зацепление, пришпиливание), а эти неоднородности — центрами пиннинга[7]. Пиннинг вихрей нарушает порядок в решётке вихрей[8] и способствует сохранению сверхпроводящей фазы даже при протекании очень больших токов[9][6].

См. также

• Теория Гинзбурга — Ландау
• Абрикосов, Алексей Алексеевич

Примечания

1. Солдатов Евгений Сергеевич. Вихрь Абрикосова в словаре нанотехнологичных терминов  (неопр.). Роснано. Дата обращения: 26 ноября 2011. Архивировано 12 августа 2012 года.
2. Абрикосов А. А. О магнитных свойствах сверхпроводников второй группы // ЖЭТФ. — 1957. — Т. 32. — С. 1442–1452. Архивировано 5 августа 2023 года.
3. London, F. (1948-09-01). "On the Problem of the Molecular Theory of Superconductivity". Physical Review. 74 (5): 562—573. doi:10.1103/PhysRev.74.562.
4. London, Fritz. Superfluids. — 2nd. — New York, NY : Dover, 1961.
5. Де Жен, 1968, с. 63—64.
6. Л. Г. Асламазов, А. А. Варламов. Что такое пиннинг? // Удивительная физика : [арх. 25 января 2019]. — М. : Наука, 1988. — Вып. 63. — (Библиотечка «Квант»).
7. Гудилин Е. А., Зайцев Д. Д. Центры пиннинга  (неопр.). Словарь нанотехнологических терминов. Дата обращения: 21 мая 2019. Архивировано 25 мая 2019 года.
8. ФЭ, 1988.
9. Сверхпроводимость : [арх. 25 октября 2022] / В. В. Рязанов // Большая российская энциклопедия : [в 35 т.] / гл. ред. Ю. С. Осипов. — М. : Большая российская энциклопедия, 2004—2017.

Литература

• Абрикосов А. А. О магнитных свойствах сверхпроводников второй группы // ЖЭТФ. — 1957. — Т. 32. — С. 1442–1452.
• Сан Жам Д., Сарма Г., Томас Е. Сверхпроводимость второго рода / Пер. с англ. Н. Б. Копнин. — М., 1970.
• Де Жен, П. Сверхпроводимость металлов и сплавов. — М.: Мир, 1968. — 279 с.

Ссылки

• Козлов В. А., Самохвалов А. В. Замкнутые вихри Абрикосова в сверхпроводниках второго рода  (неопр.). Письма в ЖЭТФ. Архивировано 14 мая 2012 года.
• Гл. ред. А.М. Прохоров. Решётка вихрей Абрикосова. — Физическая энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1. — 389 с.