Вихри Абрикосова

Изображение вихрей в пленке YBCO толщиной 200 нм, полученное с помощью сканирующей СКВИД-микроскопии

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.

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»). Каждая такая нить (вихрь) имеет нормальную (несверхпроводящую) сердцевину с радиусом порядка длины когерентности сверхпроводника [math]\displaystyle{ \xi }[/math]. Вокруг этого нормального цилиндра в области с радиусом порядка глубины проникновения магнитного поля [math]\displaystyle{ \lambda }[/math] 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 потока [math]\displaystyle{ {\Phi_0} = h/(2e) }[/math].

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 [math]\displaystyle{ \sim\xi }[/math] (один из основных параметров теории Гинзбурга — Ландау). Сверхток исчезает в домене на расстоянии порядка [math]\displaystyle{ \lambda }[/math] (Лондоновской глубины проникновения от края — характерный параметр для каждого конкретного сверхпроводящего материала). Циркулирующий сверхток порождает магнитное поле, величина которого определяется квантом магнитного потока [math]\displaystyle{ \Phi_0 }[/math]. Поэтому вихри Абрикосова называют иногда флюксонами.

Распределение магнитного поля в одиночном вихре на расстоянии, большем характерного размера ядра, определяется соотношением:

[math]\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), }[/math]

где [math]\displaystyle{ K_0(z) }[/math] — модифицированная функция Бесселя второго рода нулевого порядка. При [math]\displaystyle{ r\lesssim\xi }[/math] поле определяется следующим соотношением:

[math]\displaystyle{ B(0)\approx \frac{\Phi_0}{2\pi\lambda^2}\ln\kappa, }[/math]

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

Вихри, проникнув в сверхпроводник, располагаются друг от друга на расстоянии порядка [math]\displaystyle{ \lambda }[/math], 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 [math]\displaystyle{ \xi }[/math], 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. Однако вихри могут самопроизвольно закрепляться на наноразмерных неоднородностях в материале. Этот процесс называется пиннингом (англ. pinning — закрепление, зацепление, пришпиливание), а эти неоднородности — центрами пиннинга. Пиннинг вихрей нарушает порядок в решётке вихрей и способствует сохранению сверхпроводящей фазы даже при протекании очень больших токов.

См. также

• Теория Гинзбурга — Ландау
• Абрикосов, Алексей Алексеевич

Литература

• Абрикосов А. А. О магнитных свойствах сверхпроводников второй группы // ЖЭТФ, 1957, т. 32, с. 1442;
• Сан Жам Д., Сарма Г., Томас Е. Сверхпроводимость второго рода / Пер. с англ. Н. Б. Копнин. — М., 1970.

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.