Електродинаміка надпровідників

Topic outline

• General

  Електродинаміка надпровідників базується на т.з. «дворідинній моделі», яка враховує співіснування в обємі надпровідника «нормальної» та надплинної електронної рідини, яка є   «квантово-корельваним» конденсатом електронів, що рухається згідно законів квантової механіки. В курсі розглядаються лінійна та нелінійна електродинаміка надпровідників на постійному та змінному струмі, а також ефекти макроскопічної квантової когерентності, що виникають у надпровідному стані , зокрема – ефект Джозефсона і його застосування в сучасній електроніці.   

  
  

• Topic 1

  .  Основні поняття та уявлення 

  Квантові кореляції в Бозе- і Фермі–системах при низьких температурах Виникнення надплинного стану Не⁴ та надпровідного стану в металах– основні експериментальні факти. Термодинаміка фазових переходів у надплинний та надпровідний стани. Фазові діаграми для Не⁴ та надпровідників. Макроскопічна квантова когерентність надплинного та надпровідного станів.

   

   

  
  

• Topic 2

  БОЗЕ - КОНДЕНСАЦІЯ  ТА НАДПЛИННІСТЬ 

  Явище Бозе-конденсації в ансамблі Бозе частинок та природа надплинності. Фонони і ротони у надплинному Не-ІІ.  Крітерій надплинності Ландау. Формування куперовських електронних пар та механізм надпровідності металів - основні уявулення мікроскопічної теорії надпровідності Бардіна-Купера-Шріффера. Квазічастинкові збудження у надпровідниках.

   

  
  

• Topic 3

  ДВОРІДИННА МОДЕЛЬ НАДПЛИННОГО СТАНУ

  Дворідинна модель для надплинного Не-ІІ та надпровідників – феноменологічна теорія. Температурна залежність густини надплинной та нормальної компонент в  Не-ІІ та надпровідниках. Експерименти з надплинним гелієм. Нульовий електричний опір та ефект Мейсснера-Оксенфельда в надпровідниках. Критичний струм та критичні магнітні поля у надпровідниках.

   

  
  

• Topic 4

  ЛІНІЙНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА НАДПРОВІДНИКІВ 

              Рівняння Лондонів. Глибина проникнення слабкого магнітного поля та ефект Мейсснера в надпровідниках. Квантування магнітного потоку в багатозв’язних надпровідниках. Феноменологічна теорія лінійного високочастотного відгуку надпровідників. Комплексна провідність на змінному струмі.  Скін ефект у надпровідниках. Поверхневий імпеданс надпровідників у НВЧ діапазоні. Порівняння даних експериментів із результатами феноменологічної теорії.

  
  

• Topic 5

  ТЕОРІЯ ГІНЗБУРГА – ЛАНДАУ ДЛЯ НАДПРОВІДНИКІВ 

  Параметр порядку для фазового переходу ІІ роду у надпровідний стан. Термодинамічне критичне магнітне поле Н_с. Рівняння Гінзбурга-Ландау та граничні умови. Два масштаби довжини теорії Гінзбурга-Ландау. Ефект близькості на границі нормальний метал - надпровідник. Критичний струм Гінзбурга-Ландау. Ефект Літтла-Паркса

   

  
  

• Topic 6

  .  ВИХОРИ АБРИКОСОВА ТА ЗМІШАНИЙ СТАН НАДПРОВІДНИКІВ    

              Вихори у надплинному Не-ІІ та надпровідниках. Надпровідники І-го та ІІ-го роду. Критичні магнітні поля Н_с1, Н_с2, Н_с3 для надпровідників ІІ-го роду. Структура вихору Абрикосова. Власна енергія та енергія взаємодії вихорів. Вихрова решітка та змішаний стан надпровідників ІІ-го роду. Сила Лоренца та в’язкий рух вихрів у надпровіднику із струмом. Пінінг вихрів. Критичний струм депінінгу. Крип магнітного потоку у надпровідниках.

  
  

• Topic 7

  НЕЛІНІЙНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА НАДПРОВІДНИКІВ У ВЕЛИКИХ ПОЛЯХ І СТРУМАХ 

              Модель критичного стану. Енергія активаціїї вихрів. Термоактивований рух вихрів  Крип магнітного потоку у надпровідниках.  Нелінійна дифузія вихрів. ВАХ надпровідника у змішаному стані. Фазова діаграма змішаного стану надпровідника. Поняття «вихрового скла» та «вихрової рідини». Електродинамічні властивості для різних станів вихрових ансамблів. 

  
  

• Topic 8

  СЛАБКА НАДПРОВІДНІСТЬ. ЕФЕКТИ ДЖОЗЕФСОНА                    

              Загальна квантовомеханічна модель ефекту Джозефсона в слабкозв’язаній надплинній системі. Стаціонарний та нестаціонарний ефекти Джозефсона. Приклади слабкого зв’язку надпровідників: тунельний контакт S-І-S, S-N-S контакт, місток Дайєма. Слабкі зв’язки у високотемпературних надпровідних матеріалах. Резистивний стан джозефсонівського контакту: RSJ – модель. Джозефсонівський контакт в магнітному полі: рівняння Феррелла – Прейнджа. Джозефсонівські вихори. Залежність критичного струму джозефсонівського контакту від магнітного поля.   

   

  
  

• Topic 9

  ВИКОРИСТАННЯ НАДПРОВІДНИКІВ В ЕЛЕКТРОТЕХНІЦІ ТА ЕЛЕКТРОНІЦІ          

              Створення електропровідних матеріалів з високою струмонесучою здатністю на основі високотемпературних надпровідників. Умови для ефективного пінінгу вихрів у ВТНП покриттях та плівках. Вплив границь зерен на електромагнітні властивості ВТНП матеріалів. Джозефсонівські єлементи на бікристалічних ВТНП плівках. Джозефсонівські приймачі та генератори на основі ВТНП матеріалів. СКВІДи та їхнє застосування.