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Teoria Ginzburg-Landau

1950
  • Vitaly Ginzburg
  • Lev Landau
Esperimento di laboratorio sui superconduttori che illustra le applicazioni della Teoria di Ginzburg-Landau.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

Developed in 1950 by Vitaly Ginzburg and Lev Landau, this is a phenomenological theory that describes superconduttività near the phase transition. It introduces a complex order parameter, [latex]\Psi[/latex], to represent the density of superconducting electrons. The theory successfully describes effects like the Meissner effect and predicts the distinction between Type I and Type II superconductors based on a single parameter, [latex]\kappa[/latex].

The Ginzburg-Landau theory is a macroscopic theory, meaning it does not explain the microscopic origin of superconduttività (which was later done by BCS theory), but it brilliantly describes the behavior of superconductors. It is based on Landau’s general theory of second-order phase transitions. The central idea is to write the free energy of the system as an expansion in powers of the order parameter [latex]\Psi[/latex] and its gradient. The order parameter is zero in the normal state and non-zero in the superconducting state. The free energy density is given by [latex]f = f_n + \alpha|\Psi|^2 + \frac{\beta}{2}|\Psi|^4 + \frac{1}{2m^*}|(-i\hbar\nabla – e^*\mathbf{A})\Psi|^2 + \frac{|\mathbf{B}|^2}{2\mu_0}[/latex], where [latex]\alpha[/latex] and [latex]\beta[/latex] are phenomenological parameters, [latex]\mathbf{A}[/latex] is the magnetic vector potential, and [latex]e^*[/latex] and [latex]m^*[/latex] are the effective charge and mass of the superconducting charge carriers. Minimizing this free energy yields the Ginzburg-Landau equations, which describe the spatial variation of [latex]\Psi[/latex] and the supercurrents. The theory defines two characteristic length scales: the coherence length [latex]\xi[/latex], over which [latex]\Psi[/latex] can vary significantly, and the London penetration depth [latex]\lambda[/latex]. Their ratio, the Ginzburg-Landau parameter [latex]\kappa = \lambda/\xi[/latex], determines the type of superconductor. If [latex]\kappa 1/\sqrt{2}[/latex], it’s Type II. This prediction of a second type of superconductor, which allows partial magnetic field penetration in a vortex lattice, was a major success of the theory, confirmed experimentally by Abrikosov in 1957.

UNESCO Nomenclature: 2211
- Fisica dello stato solido

Tipo

Modello teorico

Interruzione

Finanziario

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • La teoria delle transizioni di fase del secondo ordine di Landau
  • equazioni di Londra
  • scoperta del Meissner effect
  • termodinamica e meccanica statistica

Applicazioni

  • classificazione dei superconduttori (tipo i vs. tipo ii)
  • calcolo dei campi e delle correnti critiche
  • modeling of vortices in superconduttori di tipo ii
  • theoretical framework for phase transitions in other fields (e.g., fisica delle particelle, cosmology)

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

  • progettazione computazionale di materiali superconduttori con campi altamente critici
  • modeling of domain walls in ferroelectric and ferromagnetic materiali
  • simulando la formazione delle stringhe cosmiche nell'universo primordiale
  • sviluppo di teorie per il calcolo quantistico topologico
  • previsione del comportamento dei condensati di Bose-Einstein
  • progettazione di dispositivi superconduttori con geometrie specifiche per il fissaggio del flusso
  • modellazione della formazione di modelli biologici
  • analisi delle instabilità nella dinamica dei fluidi
  • creazione di algoritmi avanzati per la modellazione del campo di fase nella scienza dei materiali
  • comprendere il meccanismo di Higgs nella fisica delle particelle (un analogo relativistico)
Related to: Ginzburg-Landau theory, order parameter, phase transition, Type I superconductor, Type II superconductor, coherence length, penetration depth, Abrikosov vortex, phenomenological theory, free energy.

Contesto storico

Teoria Ginzburg-Landau

1950
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1957
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1957
1958

(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

decimo anno anniversario

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