Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Eschrig - Theory Of Superconductivity, A Primer

.pdf
Скачиваний:
14
Добавлен:
27.08.2013
Размер:
1.17 Mб
Скачать

The integral on

righ

hand s de is the total hange of the phase of the wavefun tion (7) around

the

ontour, whithe must

be an

integer multiple of 2 sin e the wavefun tion itself must be unique.

Hen e,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

A + js

 

 

 

 

 

 

 

~

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(16)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dl = q 2 n:

 

 

 

 

 

 

The left hand integral has been namedCthe uxoid by F. London. In the situation of our ring we nd

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

~2 n:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(17)

By dire tly measuring the ux

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q

 

 

 

 

 

 

 

 

value of the super ondu ting harge was

 

 

 

 

 

 

 

the absolute

:

measured:

 

 

 

 

 

 

 

quantumj j = 20e;

 

 

 

 

 

 

=

h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(18)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f the super urren j

 

along the ontour C is non-zero, then the

is not quantized any more,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(The sign of the ux quantum ma

 

be de ned

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

2

 

is the proton harge.)

 

 

the uxoid (16), however, is always

 

 

 

tized.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sample

hi h rotates with the

I

order to

termine

 

sign ofquan

onsiderarbitrarily;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

super ondu tinguxha ge density qn is

 

angular velo ity !. Sin e thesample is neutral,

 

 

 

 

normal urrentdensity jqni side thesample) yieldits now

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ampere's law (in the absenneutralizede of

by the

ha ge

y

 

of

 

 

 

 

remainder of the material.

 

 

 

 

 

 

 

B

 

 

 

 

 

 

B = 0

j qnBv ;

 

 

 

 

 

B

 

 

 

 

r

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

 

 

onsidering

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

is the super urrent with respe t to the

where v = ! r is the lo l velo ity of the sample, and j

s

rest oordinates. Taking again the url and

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

leads to

 

 

v =

 

 

 

 

! r

 

= !

 

!

 

 

 

 

 

 

r = 3! ! = 2!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 B = 0

 

 

 

js 2 0qnB

!:

 

 

 

 

We de ne the London eld

 

 

 

 

r2

 

 

 

2

r

 

 

 

 

! =

2mB

!

 

 

 

(19)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

BL

2 L 0qnB

 

 

 

q

 

 

 

 

and onsider the se ond London equation (11) to obtain

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

B B

L

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(20)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r2 B =

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Deep i

side a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

al to the homogeneous

 

super ondu tor the magneti eld is not zero but q

London eld.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Independenrotatingmeasurements of the ux quantum and the London eld result in

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q = 2e;

 

 

m

 

 

= 2m

 

 

:

 

 

 

 

 

 

 

 

(21)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

 

e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

The bosoni eld

is omposed of pairs of ele trons.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3

Gauge

 

, London gauge

A +

 

 

 

;

 

 

invariant under thesymmetrygauge ansformationA

 

 

 

 

 

 

If ( ;

) is an arbitrary di erentiable single-valued fun tion, then the ele tromagneti eld (2) is

 

 

 

 

 

 

U

!

U

 

:

 

(22a)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

 

 

Sin e potentials in

l trodynami s

only

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

be measured through elds, ele trodynami s

Eqs. (8, 9), and hen e the London theory areindireovarianttly

 

under lo al gauge transformations, if (22a)

ymmetri with r spe t to gauge transformations (22a).

 

 

 

 

 

is supplemented by

 

 

 

 

!

 

2e;

 

(22b)

From (8),

super urr

j is

 

 

 

 

 

~

:

 

 

 

gauge invariant,

 

t

 

 

so are the ele tromagneti p operties of

by making on

to

b th. Thestillhermodynami super ondu ting state breaks gauthesymmetry.

For

 

i l

 

 

a spe ial gauge is often advantageous. The London gaugemodynamihooses s

in (22b)theoresu thta t theonsiderationsph se 0: Then, from (8),

al is dire tly observable in

r

 

super ondu tor. Howev r, the el ro hemi al poten

(23)

 

 

 

 

 

 

 

j = A;

 

 

 

 

whi h is onvenient for omputing patterns of super urrents and elds.

 

 

12

3

 

T

 

THE MODYNAMICS OF THE

 

 

 

 

 

 

 

 

PHASE TRANSITION1

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

f

 

bosoni

. From

 

 

Up to here w

 

super ondu tivity as a

 

 

 

 

 

 

 

ofexperimenthetra-

w k

ow, that

onsideredered

phenom na are

 

 

 

propertup

 

o the riti

temp ratur

T

 

sition,as

 

 

rises. The paramet rs of the theory, n

 

 

and

 

, areondensexpeto b

ted temperature

depe

from the super o du ting state, indexedpresenb

,

 

to the norm

al ondu ting

state,

indexed by

dent:

 

ust vanish at T .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

vi inity

 

B

 

 

 

 

 

 

 

L

 

 

 

 

 

 

 

 

Intemperaturethis nd the next hapters we onsider the

of the phase transition, T T T .

 

3.1

 

B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

The Free Energy

 

 

 

 

t giv

 

 

temp

 

 

 

 

 

T , pr ssure p, and

 

 

Experiments are normally done

 

 

 

 

 

 

 

 

eld B. Sin e

 

 

to

 

rst London equa ion

 

 

 

 

 

there is no stationary state at E magneti=6 0, w must keep E = 0

a ordingthermodynami equilibrium state. Hen e, wrature

 

 

 

the

(Helmholtz) Free Energy

 

4)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F

(10)T; V; B);

F (T; V; B);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F

 

s

 

 

 

 

 

F

 

 

onsider

 

 

= V m;

 

 

 

 

(25)

 

 

 

 

 

 

 

 

= S;

 

 

 

 

= p;

 

 

 

F

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T

 

 

 

 

 

 

 

V

 

 

 

 

 

 

 

B

 

First, the dependen e of Fs on B is

wh re S is the entropy, and m is the

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

density.

determined from the fa t that in the bulk of

 

 

super ondu tor

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

extmagnetization

 

0

m = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(26)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ B

 

= B +

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

as it follows from the se ond London equation (11). Hen e,

 

 

 

 

 

 

V B2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F

 

 

 

V B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Bs

= +

 

 

 

 

=) Fs(B = Fs(0) +

 

2

 

:

 

 

 

(27)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

The magneti sus eptibility of a normal (non-magneti ) metal is

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

hen e it may be negle ted here:

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

j 1 = j m;sj;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8)

 

 

 

 

 

j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F (B) F

n

(0):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(29)

Eq. (27) implies ( f. (25))

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m;n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V B2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fs

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fs(T; V; 0) +

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

;

 

 

 

 

 

(30)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p(T; V; B) =

 

p(T; V; 0) 2

 

 

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

The pressure a

 

 

 

exerts on its

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fsurroundings= B2

redu es in an external eld B: The eld B

implies a for e superareaondu tor

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(31)

on the surfa e of the super ondu tor with normal .2 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1L. D. Landau and E. M. Lifshits, Ele trodynami s of

Continuous Media, Chap. VI, Pergamon, Oxford, 1960.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.2

The Free Enthalpy

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y (Gibbs Free Energy) G at B = 0

The relations between the Free Energy F and the Free En

 

and

B 6= 0 read

 

Fs(T; V; 0) = Gs(T; p(T; V; 0); 0)thalp(T; V; 0)V

 

 

 

Fs(T; V; 0) +

V B2

 

 

Fs( V; B) =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B); B) p(T; V; B)V =

V B2

 

 

 

 

 

 

 

= Gs(T; p(T; V; 0)

B2

 

 

 

:

 

These relations ombine toG

 

2 0 ; B) p(T; V; 0)V +

2 0

 

(T; p(T; V; 0); 0) = G

(T; p(T; V; 0)

B2 ; B);

 

 

 

or

 

 

s

 

 

 

 

 

 

 

s

 

 

 

 

B2

 

 

2 0

 

 

(32)

In a ord with (31), the e e t of

G (T; p; B) = Gs(T; p + 2

; 0):

 

 

 

external magneti eld B0

 

n the F Enthalpy is a redu tion of

the pressure exerted on the surrouan

 

 

 

by B2=2

. In the normal statree, from (29),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

G

 

 

 

 

0

 

 

(T; p; 0):

 

 

 

 

(33)

 

 

 

 

 

 

 

(T; p; B) = G

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dings,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

The riti al temperature T (p; B) is given byB2

; 0) = Gn(T ; p; 0):

 

 

(34a)

Likewise B (T; p) from

 

 

Gs(T

; p +

2 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gs(T; p +

B

; 0) = Gn(T; p; 0):

 

 

(34b)

 

 

 

B

2 0

 

 

 

 

 

 

 

B

 

T

B (T )

 

 

 

T (B)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figure 6: The

temperature as

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

fun tion of the applied magneti T eld and the thermodynami

riti al eld as ritifunaltion of temperature.

 

 

14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

riti al

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

states is u ually

, so that

Theat

Free Enthalp di eren e between the normal and

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

<The(B = 0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

eld

B (T ) for whi h

 

 

holds is also small. Taylor

 

 

 

 

left hand side of

 

 

 

yields

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

expansion of

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

G (T; p) = G

 

 

 

 

B

2

 

G

 

=

 

 

 

 

 

B

 

 

 

 

 

 

 

(35)

 

 

 

 

(T;(34)p + riti al

 

Gsuper(T; )ondu+ tingV(34)T; p; B = 0):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s

 

 

 

 

2

0

 

 

p

 

 

 

 

is

 

 

 

2

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Experiment shows that at B = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

order,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Hen e,

 

 

 

 

 

 

 

G (T;phase) G (T; p) = a T (p) T

 

 

2

:

 

 

 

 

 

 

 

6)

 

thermodynami

 

 

 

 

transition

 

se ond

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B (

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(37)

where a is a onstant, and b = p2

 

 

 

p) = b T (p) T

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a=V .T;

 

(p) is meant for B = 0.

B (T )

 

normal state

B

 

B

 

 

B

= 0

P

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

0M

= V Bm 0 G

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T B (T )

 

 

 

b(T (p) T )

 

 

 

 

m = 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e e tM issner

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T (p) T

 

 

 

 

 

 

 

 

FIG. 8: The magn tization urve

f a super ondu tor.

 

 

 

FIG. 7: The thermodynami riti al eld.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

We onsider all thermodynami parameters T; p; B at the

 

 

 

 

 

transition point P of Fig. 7. From

(32),

 

 

 

 

S

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

G

 

 

 

 

 

 

 

 

B2

; 0);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ts

= Ss(T;ph+ase 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

G

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Vs

(T; p; B)

=

 

 

 

 

 

 

= Vs(T; p +

B

 

 

 

; 0):

 

 

 

 

 

(38)

Di erentiating (34b) with

 

 

 

 

 

 

 

ps

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

to T yields, with (38),

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

respeG (tT; p +

2

(T; p)

 

 

 

 

T

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

; 0) =

Gn

(T; p; 0 or B );

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ss(T; p; B ) +

Vs(T; p; B )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 0

 

 

T B (T; p) = Sn(T; p; B );

 

 

(39)

 

 

 

S(T; p; B

) = S

(T; p; B

) S

n

(T; p; B

)

=

 

Vs(T; p; B )B

(T; p) B ( ; p):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T

 

 

 

A ording to (37) this di eren e is non-zero for B

 

 

6= 0 (T < T

 

(p)): For B 6= 0 the phase transition

is rst order with a laten

heat

 

 

 

 

Q

 

 

 

 

 

 

 

 

p; B ):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(40)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= T S(

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

For T ! 0, Nernst's theorem demands S

s

 

= S

= 0, and hen e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

nB (

T;p)

 

 

= 0:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(41)

3.4

Heat

 

 

y jump

 

 

 

lim

 

 

 

T

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T !0

 

 

 

 

= T

2

yields

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

For B 0, T T ( ) we an use (35). Applying T

 

T V (T; p)

2

2

 

 

 

 

 

C

apa it

 

 

= T

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

(42)

 

 

= Cp;s Cp;n

 

T

2

 

Gs(T; p) G (T; p)

 

 

 

 

2

T 2 B (T; p):

The thermal expansion V

 

2

 

gives a small

 

 

tribution

 

!2

h has been0negle ted. With

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

 

 

 

 

 

 

 

B

 

 

 

 

 

 

 

2

B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 2B

 

on

= 2

 

 

 

 

whi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ 2B

 

 

2

 

 

 

 

 

we nd

 

 

 

 

 

 

 

 

T

 

 

 

 

 

 

T

 

 

 

 

 

 

 

 

T

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= T

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

#

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

TV

 

"

B

 

 

 

 

 

2B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Cp =

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(43)

For T ! T

(p), B

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

T

 

 

 

 

 

+ B

T 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

! 0 the jump in the

 

 

 

 

 

 

heat is

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T V

 

B

 

!2

 

 

T

V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Cp

 

spe i

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

b2

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(44)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

0

 

T

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

It is given by the slope of B (T ) at T (p).

 

 

Cp

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S

 

B = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B = 0

 

 

 

 

 

 

 

Cp

 

 

 

 

 

Sn

 

Ss

T ( )

 

 

 

 

 

 

 

 

T

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T

(p)

 

T

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

FIG. 9: The entropy of a super ondu tor.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16

 

 

 

 

 

FIG. 10: The heat apa ity of a super ondu tor.

 

4

 

 

HE GINSBURG-LANDA

THEORY;

1

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

TYPES OF SUPERCONDUCTORS

 

 

symmetry redu tion

there is

A ording to the L dau

 

of se ond order phase transitions wi

 

 

thermodynami quantity, alled an rder parameter, whi h is zero in the symmetri (high temperature)

4.1

 

The Landau theory

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

phase, and be omes ontinuously non-zero in the less symmetri phase.

 

 

 

The quantity whi h be omes non-zero in the super ondu ting state is

 

 

 

 

(45)

For

 

 

> 0,

ele t o hemi

l

 

 

 

ial

n

B

= j

j2:

 

 

 

 

 

he glob l g

 

 

 

 

 

 

 

a ertain value whi h b eaks

ge sym-

m try by xing the time-derivativpotenofthe

 

 

 

 

 

 

 

( f.

. A o ding to the Landau theory,

the

 

Free Energy is the minimum of a \FreephaseEn rgyofun tion" of the order parameter with respe t to

variations of the latter:

 

 

 

 

F (T; V ) = min F(T; V; j(22b))j :

 

 

 

 

 

 

(46)

 

 

B

 

F

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T > T

 

 

(t > 0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T = T (t = 0)

 

T < T j

(tj2< 0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

B;min

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figure 11: The Free Energy fun tion.

 

 

 

 

 

 

 

Close to the transition, for

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t =

T T

;

jtj 1;

 

 

 

 

 

 

(47)

the order parameter j j

2

is small, and

 

T

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

may be Taylor expanded (for xed V ):

 

(48)

 

 

 

 

 

 

 

F(t; j

 

j2) = F

n

(t) + A(t)j

j2

+ 1B(t)j

j4

+

 

 

From the gure we see that

 

 

 

 

 

 

 

 

for

 

 

t T 0;

2

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

A(t) T 0

 

 

 

 

 

B(t) > 0:

 

 

 

 

 

 

2V. L Gi sburg and L. D. Landau, Zh. Eksp

. Teor. Fiz. (Russ.) 20, 1064 (1950).

 

 

 

 

 

 

 

 

L. D. Landau, Zh. Eksp. Teor. Fiz. (Russ.) 7, 627 (1937).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Sin e jtj 1, we put

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A(t) tV;

 

 

 

B(t) V:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

49)

Then we have

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

and

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

FFn

(t) = Fn(t) for t

0;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(50)

 

 

 

 

 

j j2

 

 

 

V

 

j

 

 

j2

 

 

=

 

 

 

 

+ j

 

 

j2

= 0;

 

 

 

 

hat is,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

< 0:

 

 

 

 

 

 

(51)

 

 

 

 

 

 

=

t

 

 

 

Fs( t) = F (t)

2t2 V for

 

 

 

 

 

 

 

Re alling that small hanges in the Free

 

Energy and Free Enthalpy are equal and omparing to

(35) yields

 

 

 

 

 

 

2

t

2

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

r

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

=)

 

 

 

B (t) = jtj

:

 

 

 

 

 

 

 

 

(52)

From (43),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

2 0

T V

 

 

B !2

=

 

V

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(53)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Cp =

 

 

 

0

 

 

T

t

 

 

 

 

T

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

follows. Wh e C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ase for the thermodynami riti al eld,

p

an be measured, this is not always the

 

B , as we will later see.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

as

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

2t2 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Eqs. (51) and (52) may be

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

jtj;

 

 

B

(t) =

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

hen e,

 

 

 

 

 

rewritten( ) =

2

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

 

(t)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

(t)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

n2

(t); =

jtjn

 

 

(t)

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Sin e a ording to (37) B t, it follows0

 

B

 

 

 

n

B

 

t:

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(55)

The bosoni density tends to zero linearly in T

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.2

The Ginsburg-Landau

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tern

l eld, whi h

as alled B in

that B ausesinsuperorporateurr

ts j

 

 

 

=equationsr, and hese reate an

 

 

 

 

If we want to

 

 

 

a magneti eld B in

 

the \Free E

 

ergy fu

tion" (48),

 

hav

to realize

(26). The energy on

 

 

of

 

 

 

 

 

must be related to (3).

Ginsburg and Landau wrote it in the form

 

 

 

tribution

s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F(t; B; ) = F ( ) +

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

Z

 

 

 

 

 

 

(

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

)

 

 

 

 

 

 

 

Z 1

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

~

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2ie

 

 

 

 

2

 

 

4

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

Bm

+

 

 

 

 

 

d

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

A

 

 

 

+ tj j

+ 2 j j

 

;

(56a)

 

 

 

 

 

 

d

r 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4m

 

 

r

 

 

 

~

 

 

 

 

 

 

where also (21) was onsidered. The rst

orre tion

term is the eld

 

ergy of the eld B

 

 

reated

by ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=6 0 inside V only. A is the ve tor

n luding the stray eld outside of the volume V while

 

 

 

 

 

potential of the total eld a ting on

 

 

 

:

 

 

 

 

A = B + B

m

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

(56b)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

 

 

 

 

18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

The Free Energy is obtained by

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(56a) with respe t to

 

(r) and

 

 

 

 

(r). To prepare for a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

variation of

 

, the

se3rond

 

integralminimizing(56a)

is integrated by parts:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z

 

 

 

+

2ie

A

 

 

 

#"

 

 

2ie

A

 

 

 

#

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

 

 

 

"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2ie

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z r

 

 

 

 

 

~

 

+

 

2ie r 2

~

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

+

A

:

 

(56 )

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d3

 

 

 

 

 

 

 

r

 

 

~

A

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

~

 

 

 

From the rst integral on the right w

 

 

see that (56a) indeed orresponds to (3). The

 

of the

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

wri ng in (56a) derives from that kineti energy expression being manifestly positivpreferendeniteein any

partial volume.

 

 

 

 

 

 

 

!

 

 

 

 

 

+ Æ

 

 

 

 

yields

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Now, the variation

 

 

 

 

 

Z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2ie

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d3rÆ

 

 

 

 

(

 

 

 

~2

 

 

 

 

 

 

 

 

+ t + j j2

 

 

 

 

 

 

 

 

0 = ÆF =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4m

 

 

r

+

 

 

~

 

A

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V Z

V d2nÆ

 

 

 

~2

 

+

 

2ie

A

 

 

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

4m

 

r

 

 

 

~

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F is stationary for any variation Æ

 

 

 

(r), if

 

 

 

 

 

 

 

jtj

 

 

 

 

+ j

 

j2

 

 

= 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

~

 

 

 

 

 

+ 2eA 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(57)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

and

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4m

 

 

 

i rn ~

 

+ 2

 

 

 

 

 

 

 

= 0:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(58)

 

 

 

 

 

 

 

 

with B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= j

 

The onne tion of

 

 

 

 

 

 

 

 

ust be that of Ampere's law: ( = r) B

 

 

with j given

by (6). Sin e in

 

 

mody

 

 

ami

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

there are no urrents besides j

s

 

 

in the super ondu tor,

( = r) B = 0 there.

 

Hen e, weequilialso brhavium

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

0

s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

 

= 0js;

 

 

 

 

 

Btot = B + Bm =

 

 

 

A;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Btot

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

 

 

 

ie~

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2e2

 

 

 

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(59)

It is interesting to see t

js

=

2m

 

 

 

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

A :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

hat (59) is also obtained from (56a), if

 

 

, and A are varied independently:

The variation of A on the left hand side of (56 ) yields

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2ie Z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2ie

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

With ÆB = ( = r) ÆA the variation of the rst integral of (56a) yields

 

 

 

 

 

 

:

 

 

 

 

m

 

 

 

 

 

~

 

 

V

 

 

d3rÆA

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

~ A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

+

 

~ A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z 1

3

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

Z

 

1

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z

 

 

1

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Æ

 

 

 

 

d

rBm = 2

 

 

 

 

}|

d

 

rÆBm Bm = 2

 

 

 

 

 

 

 

 

d

 

r

 

 

r

 

ÆA

 

 

 

 

Bm =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z

 

 

 

 

 

 

{

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 d3rÆA r Bm =

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

2 Z

 

 

1 d3r

r

 

 

ÆA Bm = 2 Z

 

 

(60)

 

 

 

 

 

 

 

V

 

 

d3rÆA

 

r

Btot

+ :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

gration per parts was performed, and

 

(b ) = b (a ) was used.

In the fourth equality an in

 

 

 

 

 

(The over bra e indi ates the range of the di erential operator.)

Finally, the integral over the in nite

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

is split into

 

 

 

 

egral

ver the sup r

 

 

 

 

 

 

 

(v

 

 

 

 

V ), where ( = ) B

 

= ( =

) B ,

need it. Now,

fter adding the

 

 

 

 

 

 

 

fr

 

(56a) wolumesee that stationarity of (56a) with respe t to

variation

ÆA

 

de the volume V

again leedsndu tor(59).

 

 

 

of view the Ginsburg-Landau fun tion l

spahe e

is si

uatio

no

 

 

 

 

prefa. Fromtors more ge

eral poin

 

ase transition.

 

 

This is pre isely the

meaning

 

 

f

relating (56a) to (3).

 

m

 

tot

nd the integr

l

ver

 

 

 

 

v

 

 

outside of the

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

indi ated

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y dots, sin e w

do not

(56a) ma

be onsidereda asiden e e tiv

 

 

Ha

 

iltoniansuper onduthe tor,u tu

tions of the elds

A near

 

Eqs. (57) and (59)

 

 

 

m the

 

plete

 

 

 

 

 

 

of

 

 

 

 

 

 

Ginsburg-L ndau eq

ions.

 

 

 

The

 

 

 

ondition (58) omes aboutsystemb the sp ial writi

 

 

of (56a) with ut additional surfa e

terms. This

rre t for a boundary super ondu tor/va uum or super ondu tor/semi ondu tor. A

areful analysisboundaryn a mi ros opi theory level yields the more general boundary

ondition

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

n

~

 

+ 2eA

 

= i

 

;

 

 

 

 

 

 

 

(61)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

where b depends on the outside materi

 

 

 

 

 

i r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

: b = 1 for va uum or a

non-metal, b = 0 for a ferromagnet,

b nite and non-zero for a normal metal.

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

In all ases, multiplying (61) by

 

and

takingj

the real part yields

 

 

 

 

(62)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

as it must:

 

 

is

 

 

 

 

super urren

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

into the non-

 

 

 

 

 

 

passing through the surfa e of a

 

 

 

super ondu ting volume.

 

 

 

the boundary be ause, a ording to superB =ondu=tor0 and (59), its

 

B

tot

musthereb

ontinuous on

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tot

 

 

 

 

derivatives are all nite.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.3 The Ginsburg-Landau parameter

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Taking the url of (59) yields, like in (13),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2Btot

 

Btot

;

 

 

2

= 2

 

j2

=

2

 

 

 

 

(63)

where (51) was tak

 

 

 

 

 

 

r2

= 2

 

 

 

 

 

2j

 

2 j j;

 

au

 

 

 

into a oun

in the l

 

st expression.

 

is the Ginsburg-Lan

 

netration depth;

it diverges at T

liken jtj 1: if T

approa hed from below, the external

eld pen

trates more and

more, and eventu

lly, at T , the diamagnetis

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

m vanishes.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Eq. (57) on

 

 

a se ond length parameter:

In the absen e of an external eld, A = 0, and for

small

 

, j

j2 tainsj j= , one is left with2

 

2

 

=

2

;

 

2

 

=

 

~2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(64)

This equation

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4m j j:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

spatial modulations of the order parameter j

j2 lose to T . is the Ginsburg-

Landau oherendes

lengthribes

of su h order parameter

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

. It has the same temperature dependen e

as , and their ratio,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u tuations

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

=

 

 

 

 

2m2

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(65)

is the elebrated Ginsburg-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

andau parameter.

 

 

 

 

 

~2

0e2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2L

D Landau and E. M.

Lifshits, Statisti

 

 

 

Physi s, Part I, x147, Pergamon, London, 1980.

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P. G. De Gennes, Super ondu tivity in metals and alloys, New York 1966, p. 225 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20