Вихрь Абрикосова

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.

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

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 $\xi$. Вокруг этого нормального цилиндра в области с радиусом порядка глубины проникновения магнитного поля $\lambda$ 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 ${\Phi _{0}}=h/(2e)$.

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 $\sim \xi$ (один из основных параметров теории Гинзбурга — Ландау). Сверхток исчезает в домене на расстоянии порядка $\lambda$ (Лондоновской глубины проникновения от края — характерный параметр для каждого конкретного сверхпроводящего материала). Циркулирующий сверхток порождает магнитное поле, величина которого определяется квантом магнитного потока $\Phi _{0}$. Поэтому вихри Абрикосова называют иногда флюксонами.

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

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

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

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

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

Вихри, проникнув в сверхпроводник, располагаются друг от друга на расстоянии порядка $\lambda$, 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 $\xi$, 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. 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. 1442–1452.
• 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.