Eschrig - Theory Of Superconductivity, A Primer
.pdfIntrodu tion of dimensionless quan |
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es |
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x |
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r=titi; |
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= |
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, |
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j j |
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jtjr |
2 0 |
; |
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b = B.p2B ( ) = B |
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(66) |
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i |
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= j |
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p2B |
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s |
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s |
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0 |
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(t) ; |
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a = A.p |
2 |
B |
( ) |
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yields the dimensionless Ginsburg-Landau equations |
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2 |
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i x |
+ a |
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+ j j2 |
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= 0; |
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(67) |
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b = is; |
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is |
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= |
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i |
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a |
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x |
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2 |
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x |
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x |
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whi h ontain t |
only |
parameter . |
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4.4 The phase boundary |
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t T . T |
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in an homogeneous |
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eld B B |
(T ) in |
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W onsider a homog |
ous |
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z-dire tion. W |
assume |
pla |
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phase |
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ary in the y z-plane so that forextern!al 1 the material is |
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ill super ondu ting, and the magnetiboundel is expelled, but for x ! 1 the material is in the normal |
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state with the eld penetratisuperg. |
ondu tor |
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z |
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p |
2 |
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b = 0 |
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b = 1= |
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= 1 |
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b |
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= 0 |
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super ondu ting |
is |
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y |
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phase |
normal |
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x |
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boundary |
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We put |
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Figure 12: Geometry |
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of a plane phase boundary. |
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= |
(x); |
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b |
z |
= b(x); |
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b |
x |
= b |
y |
= 0; |
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a |
y |
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= a(x); a |
x |
= a |
z |
= 0; b(x) = 0(x): |
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Then, the super urrent i |
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ws in |
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phase of |
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on y. W |
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s |
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the y-dire tion, and hen e |
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real. Further, by xing another gauge onstant,dependswmay hoose |
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onsid r y = 0 and may then ohoose |
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a(0) = 0: |
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Then, Eqs. (67) redu e to |
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1 |
00 |
+ a2 |
+ |
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3 = 0; a00 |
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= a |
2: |
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= 1 (68)x), |
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2 |
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1. We put |
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Let us rst onsider 1: F r large enough negative x we have a 0 and |
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and get from the rst equation (68) |
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2 |
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2 x |
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1 |
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00 |
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2 |
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1 1 + 3 |
= 2 |
; e |
; x . |
: |
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On the other ha |
d, for large enough positive x we have b = 1= |
p |
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p |
2; |
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1; hen e, again from |
||||||||||||||||||||||||||
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2; a = x |
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the rst equation (68), |
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00 |
22x2 ; |
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e x2 |
=2p2; |
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x2 1: |
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(x) where the |
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The se ond Eq. (68) yields a penetration depth |
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1 |
; where |
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0 |
denotes the value of |
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eld drops: |
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0 |
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1 |
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||||||
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1 ep2 x |
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e 0x p12 1 1=p0 > p1 e xb2=2p2 |
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1= = |
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Figure 13: The phase boundary of a type I super ondu tor. |
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In the opposite ase 1; |
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falls o for x |
& |
1; where b |
|
1= |
p |
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p |
2; and for x 1; |
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2; a x= |
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00 2x2 =2 : |
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22 |
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p12 1 |
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e bx2=12p2 |
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1 = |
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1= |
p |
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< 1 |
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4.5 |
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Figure 14: The phase boundary of a type II super ondu tor. |
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||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
The energy of |
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||||||||
For B = B |
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T ); b = 1 in our units, the Free Energy of the normal phase is just equal to the Free |
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bwhiouhndary= 0; |
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= 1: If we integrate the Free Energy density |
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Energy of the super ondu ing phasein |
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|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
variation (per unit area of they z- |
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we obtain |
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energy of the phase boundary per area: |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Z |
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( |
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(B B |
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2 |
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~ |
2 |
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2 |
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) |
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||||||||||||
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s=n |
= |
|
1 |
dx |
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|
|
j |
|
|
0j2 |
|
+ |
the4 |
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A2j |
|
j2 |
|
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jtjj |
j2 |
|
+ |
j4 |
|
: |
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(69) |
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2 |
0 |
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+ 4m |
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|
~2 |
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|
2 j |
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Sin e |
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, w |
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= B |
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|
B |
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|
|
|
= B B |
|
|
: |
In our dimensionless |
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he external eld is B |
|
havplane),used B |
m |
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tot |
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ext |
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quantities this is (x is now measured in units of ) |
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1 |
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4 |
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s=n |
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|
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1 |
|
|
|
2 |
+ |
|
|
|
|
|
0 |
2 |
|
+ |
a2 |
1 |
|
2 |
+ |
|
= |
|
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|||||||||||||||||||||||||
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b p |
2 |
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2 |
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2 |
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4 |
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||||||||||||||||||||||||||||||||||
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1 |
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1 |
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2 |
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B2 |
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1 2 |
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2 |
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+ |
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2 |
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||||||||||||||||||||||||||||||
|
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= |
1 |
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4 |
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(70) |
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p |
2 |
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2 |
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|||||||||||||||||||||||||||
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|
|
0 |
|
|
|
w |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
and then (68) was inserted. We see that |
|
|
an |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
First an inte ration per parts of |
0 |
2 |
|
|
|
1 |
|
2 |
|
|
s=n |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
have both signs: |
|
|
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0 |
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4 |
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1 |
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0 |
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|||||||||||||||||||
|
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|
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p |
|
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7 |
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p |
|
a |
|
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: |
|
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|
|
|
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|
||||||||||||||||||||
|
|
|
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|
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|
as performed,? |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
2 |
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|
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p |
|
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2 |
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|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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b m |
|
|
|
|
|
s=n |
2 |
in reases and |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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p |
|
|
2 |
|
|
|
p |
|
|
|
|
1= |
|
|
must |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
de rease if |
|
|
|
|
= 0 at b = 1= |
|
|
|
|
|
2, (b 1= |
|
|
2) = (a |
|
2) and |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Sinhav eopposiuste signs whi h leads to the last ondition. If |
|
|
|
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0 |
|
= p2 |
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2 |
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|
|
|
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|
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|
|
||||||||||||||||
would be a solution of (68), it would orrespond to |
s=n |
|
= 0: |
|
|
|
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|
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23 |
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|
We now show that this is indeed the ase for |
2 |
= 1=2: First we nd a rst integral of (68): |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
2 |
0 |
|
|
00 |
|
|
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a2 |
1 |
|
+ |
|
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|
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= |
|
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|
|
|
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|
|
2 |
|
|
|
|
0 |
|
2 |
|
|
|
2 |
0 |
|
+ 2 |
0 |
|
|
0 |
|
|
|
3 0 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
2 |
|
|
a |
+ |
2 |
aa |
0 |
|
|
|
|
|
a |
00 |
2 |
|
+ 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
|
|
|
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|
|
|
|
2a |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
02 |
= |
|
2 |
|
|
2a2 |
a0 |
|= 0 by{zt |
he se }ond Eq. (67) |
|
|
|
|
|
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|
|
(71) |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
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|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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2 |
|
|
|
2 |
+ |
|
|
4 |
|
+ onst. |
|
|
|
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|
1 |
|
|
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||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
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|
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|
|
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|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
= 0 for a0 |
2 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
|
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||||||||||||||||
|
|
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|
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|
|
sin e |
|
|
= |
|
|
= |
p |
|
|
|
=) onst. = |
|
2 |
: |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
Now we use |
|
(712) |
|
1 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
p |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|||||||||||||
and have from |
|
p |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
1 |
|
|
2 |
|
|
|
0 |
|
|
p |
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
2 |
= |
; |
|
|
|
a0 |
= |
p |
|
|
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) a00 |
|
= |
|
|
|
2 |
|
0 |
= a |
|
2 |
) |
|
|
|
|
= a |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
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|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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|
0 |
|
= 2 |
|
2 |
|
0 |
2 a02 1 |
|
|
|
2a0 |
|
|
+ |
|
|
p2 |
a0 |
|
+ |
2 |
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
whi h is indeed an id |
ity. |
|
|
|
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|
|
|
|
|
in the rst line of (70), it is lear that |
|
|
is positive |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Sin e |
02= 2 > 0 enters the integral for |
s=n |
s=n |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
for 2 ! 0: Therefore, the nal result is |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
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||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
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|
|
|
|
s=n |
? 0 |
|
for |
|
|
7 p2 |
|
|
|
|
: |
|
type |
II |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
(72) |
|||||||||||||||||||||||
The |
|
|
\type I" and \type II" for |
|
|
|
|
|
r ondu tors were oined |
y Abrikosov, |
and it was the |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
existen e of ty |
e II super ondu tors and a theoreti al predi tion by |
Abrikosov, whi h paved the way |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
for te hninamesal ppli ations of super ondu tivity. |
|
|
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|
1A. A. Abrikosov, Sov. Phys.{JETP 5, 1174 (1957). 24
5 INTERMEDIATE STATE, MIXED STATE |
|
|
|
, B < B ; where w |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
In |
|
|
|
|
|
2 w |
|
|
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|
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|
in a suÆ iently weak |
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|||||||||||||||||||
|
|
|
the ideal diamagnetism, the Meissn |
|
|
|
e t, and |
ux quantization. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
ChapterIn |
ter 3 |
wonsifoundderedthat the di er n e between the thermodynami potentials in the normal |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
foundthe super ondu ting homogensuper onduphasestor |
per volume without |
|
|
|
|
|
|
elds may be |
expressed |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
as ( f. (35)) |
|
|
|
|
V |
h |
n |
|
|
ous |
|
|
|
|
i |
|
|
|
V |
h |
|
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|
magneti 2 |
|
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2 |
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|||||||||||
by |
|
thermo |
|
|
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|
1 |
|
|
G (p; T ) G (p; T ) |
|
= |
|
1 |
|
F (V; T ) F (V; T ) |
= |
B |
(T ) |
|
|
|
|
|
|
|
(73) |
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
riti al eld B (T ): (W |
|
|
negle t |
here ag in the e e ts of pressure or of orre- |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
additional |
|
energy eld rB |
|
|
=2 0 for the |
|
sup |
|
|
|
|
|
|
|
|
phase |
|
( f. (56a)) and |
f makineti energy |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
spondi |
g volume |
|
|
hanges on B :) |
|
|
|
|
|
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|
|
|
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|
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|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
j |
|
|
in the |
|
|
|
|
|
|
where the super urrents ow. |
If |
B |
|
> B ; |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
density |
~e=dynami4e t)j( = + 2ieA=~) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(Meissnerthe F Energy of |
|
|
|
|
sup r ondu ti |
|
|
g state |
|
|
|
|
|
|
larger than that of the no |
|
l state inan |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
If |
|
mag eti |
b |
|
|
|
|
|
|
is appl ed to some v |
|
|
|
|
part of |
|
|
|
|
|
|
|
tor, it |
y be expelled |
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
eating an |
ternal |
|
eld |
B |
|
|
= B throughsuper ond |
rrents, on the ost of |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
orrespond |
|
|
|
|
R |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
|
|
lume |
|
|
|
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|
|
|
|
|
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|
|
|
||||||||
|
thermodynami stabl |
states. The external eld B at whi h the phase transition appolumernsar |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
2 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
and orresponding domain patt |
|
|
||||||||||||||||||
long range |
|
tera tions lik in ferro le tri s andrsurfaonduerromagnets,ting |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
homogeneous situati |
|
. However, B itself may |
|
|
|
|
tain |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
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|
|
part re ted by urrents in another v |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
of the |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
and phase boundary energibe omesust also be onsidered. |
There are |
therefor |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
dependssupertheonduometrytor, |
and on the phase boundary energy. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
the |
super ondu termediateting state b omes instable there. |
On ould think of a normal-state on athev island |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
5.1 |
|
The |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
of a type I |
|
|
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|
|
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|
|
|
|
depends |
|
|
|
|
sh pe |
|||||||||||||||||||||
Apply a hom geneous external eld B |
|
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|
|
to a super o super. ondu= B tor+ B |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
of the |
|
|
|
|
ndu tor. There isstateertain point, at whi h B = B |
|
|
> B |
|
|
(Fig. 15). If B |
|
|
|
> B ; |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
forming (Fig. 16). |
|
|
|
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ext |
|
|
|
|
|
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|
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max |
ext |
ext |
|
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|
max |
|
|
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|
|||||||||||||||||
|
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Bext |
|
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|
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|
|
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|
|
|
|
|
B |
|
|||||||||||||||||||||||
|
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|
Bext + Bm |
|
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||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
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|||||||||||||
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|
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|
|
|
|
|
|
|
|
SC max |
||||||||||
|
|
BmagnetimaxFIG. 15: Totaleld around(externalSCtypeplus indIsupered)- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
FIG. 16. |
|
n |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
ondu tor. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
25 |
|
|
|
|
|
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|
|
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|
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|
|
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|
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|
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|||||||
|
|
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
This, however, nnot be |
either: the point of B |
|
= B has now moved |
to the super- |
|||||||||||||
means that in the shaded norm |
area B < B ; this area ust be ome super ondu tingagain (Fig. 16). |
||||||||||||||||
Forming of a onvex island woustabled ause the same problem |
(Fig. 17). |
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
max |
|
|
phases, whi h |
ondu or to a point of the ph se boundary between the normal and |
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Bmax |
|
|
|
|
|
|
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|
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|
n |
|
|
|
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|
|
|
|
SC |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
SC |
|
|
|
|
|
|
|
|||
What |
|
FIG. 17. |
is |
|
|
|
|
|
|
FIG. 18. |
|
||||||
|
ally |
forms |
Bm |
|
|
3 B |
|
B |
|
Bext |
|||||||
ternating |
|
super ondu ting |
|
|
|
|
|||||||||||
ompli at d lamellous or |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|||||||||
lamentous stru ture of al- |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
the |
eld |
penetrates |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
and normal phases through |
|
|
|
|
|
|
long rod |
|
|||||||||
whiTherv oftruea ype I super on |
|
|
|
sphere |
|
|
|
||||||||||
(Fig. 18). |
s |
magnetizationthe geome |
|
|
|
|
transition |
|
|||||||||
It |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
du tor |
|
|
|
di ren |
|
|
- |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
thedepenshi lding super urreated |
ts |
|
|
|
|
|
|
rst order |
|||||||||
ries |
is |
s |
|
wn |
|
Fig. |
19. |
|
|
|
|
|
|
||||
be ause the eld |
|
3.C, |
tryb |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
oes. |
|
|
In |
Se tion |
|
|
|
|
0 |
f |
of the stray eld + |
|
|||||
B =6 0 |
|
he phase tran ition |
|
|
|
||||||||||||
der. |
|
|
|
|
|
the mov |
- |
|
|
+ energyof phase boundariesg |
|
||||||
hinderedobtaineddefe ts, hen e |
|
|
|
||||||||||||||
was |
|
|
|
|
to be |
rst for |
|
|
|
||||||||
there Generallyis h steresis |
around |
|
|
|
|
Figure 19: |
|
|
|||||||||
men |
of p |
|
boundaries is |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
B . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
26 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5.2 |
|
Mixed state of |
type II super ondu tor |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
; at the lower |
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
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|
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|
|
|
|
|
|
|
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|
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|
|
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|
||||||||||||||||||||||||||||
If the phase boundary |
|
is |
egative, germs of |
|
|
|
|
phase may form well below B |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
riti al eld B |
|
|
; and germs of super ondu ting phasenormaly form well above B |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1 |
|
; at the upper riti al |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
eld B |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
energy. |
|
|
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
2 |
; in both asesenergyb gaining phase |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
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|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
; |
small germs |
1 andboundaryonst. The dimensionless Ginsburg-Landau equations |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
At B / B |
2 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
+ |
2 |
|
= |
|
: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
(74) |
||||||
(67) may be linearized: |
|
|
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|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i x |
|
|
|
|
the external B- eld in z-dire tion (Fig. 20), |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
We |
= b |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
b |
|
|
= 0; |
|
|
|
b |
z |
|
= b; |
|
|
|
|
x |
= by; |
|
a |
y |
= a |
z |
= 0; |
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
b |
|
|
|
|
|
|
|
|
xapply |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
. |
|
a |
|
and assume germ laments along the eld lines: |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Then, (74) is" ast into |
|
|
= |
|
|
|
(x; y): |
|
|
|
# |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
by |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
= |
|
: |
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
With |
|
|
(x; y |
|
|
|
i x |
|
|
|
|
|
|
2 |
y |
2 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= eipx |
(y); p=(b ) = y0 this equation simpli es |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
to [ (1= 2)( |
2 |
|
|
|
2)+b(y y0)2 |
= ; or, after multiplying |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
with =2 and b=dy |
|
|
|
|
|
|
|
u2 |
(y y |
0 |
)2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
Figure 20: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
" |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
# |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
de1ning |
+ |
|
|
b2u2 |
|
|
= |
: |
|
|
|
|
(75) |
|||||||||||||||||||
This is the S hr•odinger equation for the ground state of a |
|
2 du |
2 |
|
|
2 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
2 B : |
|
os illator with |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
! = b = =) = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
Hen e, |
|
|
|
|
|
|
|
|
B |
(T ) = p2 B |
|
|
harmoni |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(76) |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(T ): |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
If a g rm lose to |
surfa e of a super2ondu tor at |
|
= onst. is onsidered, then the u- |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
must be ut at some nite value. There, the boundary |
ondition |
(58) yields d =du = 0 (sin e oordinate= 0). |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Theref |
|
|
e, instead of the |
boundary problem, the |
symmetri ground state in a double os illator |
with |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
a mirror plane may be onsidered (Fig. 21). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
(0) = 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
min E |
0 |
= 0:59 |
~! |
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
u |
|
|
|
|
|
|
u |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
u0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
||||
1 |
|
|
|
|
FIG. 21: The ground state of a double os illator. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
A. A. Abrikosov, unpublished 1955; Sov. Phys.{JETP 5, 1174 (1957). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
27 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Hen e, at |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
B |
3 |
= |
|
B 2 |
|
= 1:7B 2 |
|
= 2:4 B |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(77) |
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y may set in in a |
|
|
|
|
|
0:59 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
In a |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
layer of thi kness . |
|
|
|
|
|
|
germs with |
|
|
|
small |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
I super ondu tor, B |
|
< B . |
|
|
|
However, only below B |
2 |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
- alu |
|
|
ould |
|
|
|
where the |
|
|
surfa2 |
e |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
phase |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
stable in |
ype I super- |
||||||||||||||||||||||||||
ondu tor. Here,form |
|
B |
2 |
< B <superB germsondu tian only form with |
|
non-zero minimal |
|
-value, whi h is |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
superinhibitedonduypb etivitpositiv |
|
|
|
|
|
energy. In this |
|
region |
theisuper ooled normal phase is arbitrarilyme astable. For |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
> 0:59= |
2; B |
3 |
> B ; and surfa e super ondu tivity maalreadyexist absolutelyabov B : |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
5.3 |
|
|
The |
|
|
|
|
surfa e |
|
|
|
ype II |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
; |
line |
in |
|
|
|
|
is onsidered. In the h mogeneous |
|
|
|
|
|
st te |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
To determine B |
|
|
|
|
opposite |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
ith |
|
|
|
|
|
ux1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
eld is tuned |
|
|
|
until the |
|
|
|
|
|
|
rmal state g rm is forming. Ag in |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
w |
|
= 1; the external |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
ay suppose that |
|
|
germ is forming along a eld line in z- |
|
|
|
|
|
|
|
. Sin superthe phaseondu ting |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
energy is |
|
egative, theremagnetiust besituatendention |
y |
|
|
|
|
form many fa e boundaries. However, the |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
s |
|
|
|
ot form arbit arily small sin e w |
|
|
k |
|
w from (17)rst direthetionux onne ted withboundarynormal |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
germ inansuper ondu tor is quantized and anno |
be smaller than |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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0 |
= |
2 ~ |
super ondu tor |
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(78) |
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= 2 |
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2B |
|
= 2 |
|
2B |
|
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|||||||||||||||||||||||||||
We onsider a ux line of total ux |
2e |
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|||||||||||||||||||||||||
0 |
along the z-dire tion (Fig. 22): |
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|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Bz |
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j j |
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|
= j jei ; B = ezB( ); 2 = x2 + y2 |
||||||||||||||||||||||||||
|
|
O |
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|
FIG. 22: An isolated ux line. |
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|
e ould try to solv |
the G nsburg-L n |
|
|
au equations for that ase. However, there is no general |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
analyti solution, and the equat |
|
|
are valid |
lose to T |
|
|
only, where |
|
|
|
j is small. I |
stead w |
assume |
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|
|
j j |
|
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|
|
. Then, from Ampere's |
||||||||||
1; that is, ; and onsider only the region ; |
|
|
|
|
|
|
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law and |
(6), |
|
|
|
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|
|
B |
|
|
|
|
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0js = |
|
|
0 |
e~ |
j |
|
j2 |
|
|
|
|
2 wh2ere |
j2A |
= onst |
|
|
|
|
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|
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r |
|
|
|
|
|
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|
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|
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r |
|
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0 |
|
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j |
|
|
|
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|||||||||||||||||||||||||
|
|
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m |
|
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~ |
|
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|
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m |
|
1 |
0 |
|
|
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|
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|
|
|
|
|
|
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= |
|
|
2 0e2j j2 |
|
|
|
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= |
|
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A |
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|
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hen e, |
|
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|
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|
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|
|
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m |
|
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2e |
r A |
|
2 |
|
|
2 |
r |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
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|
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|
|
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|
A + 2 |
|
|
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B = |
|
0 |
|
: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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||||||||||||||||||||||
W |
|
integrate this |
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|
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|
|
along a ir le |
|
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2 |
r |
|
|
|
|
|
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|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
R |
|
|
|
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|
|
|
|
the ux line with radius and use Stokes' |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
theorem, |
H |
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2 |
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|
A) : |
|
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|||||||||||
|
dsA = equationd ( |
r |
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I |
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Z |
d |
2 |
|
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|
2 |
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|
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|
B |
= |
|
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: |
|
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(79) |
|||||||||||||||||
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|
n B +arounds |
|
r |
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
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|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
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28 |
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|
|
The phase must in rease by 2 on a ir le around one uxoid. |
|
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|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Now, we take : Then, the rst term in (79) may be negle ted. We nd |
0) |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
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|
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2 2 dB |
= |
0 |
|
|
0 |
|
: |
|
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|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
or |
|
|
|
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|
|
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B( ) = 2 2 |
ln |
|
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|
d |
|
; |
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(81) |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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0 |
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|
0 |
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|
0 |
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|
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|
||||||||||||||||
The integration onstan |
was hosen su h that (81) vanishes for & ; where a more a urate |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
By applying Stokes' theorem also to the se ond integral of (79), w |
|
hav |
for all |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
analysis of (79) is |
|
|
|
|
|
to get the orre t asymptoti s. |
|
|
|
|
|
B |
|
|
|
2 B |
|
= 0: |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
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|
ne essaryB + |
|
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|
B |
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= |
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|
d n |
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||||||||||||||||||||||||||||||||||
Sin e the right hand side does not hange if we v |
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|
the area of integration, |
|
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||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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|
Z |
2 |
|
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|
2 |
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|
Z |
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2 |
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|
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|
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|
2 |
2 |
|
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|
||||||||||||||||
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|
r |
|
|
|
|
|
r |
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
2 |
|
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B 2 |
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B = 0 |
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||||||||||||||||||||||||||
must hold. In ylindri oordinates, |
|
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2 |
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1 |
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|
ary |
1 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
2 |
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||||||||||||||||||||||||||||||
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2 |
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||||||||||||||||
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r2 |
= |
|
|
|
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+ |
|
|
|
2 |
2 |
|
+ |
|
z2 |
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|
|
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|
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|||||||||||||||||||||||||||||||||
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|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
hen e, |
|
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B + 2 |
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B = 0 |
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1 |
1 |
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1 |
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or |
|
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B00 |
|
+ |
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B0 |
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(82) |
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2 B = 0: |
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|
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|
||||||||||||||||||||||||||||||
This equation is of the Bessel type. Its for large de aying solution is |
|
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(83) |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
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|
B( ) = |
|
|
|
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0 |
|
K |
|
|
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! p |
0 |
|
2 |
e =; |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 2 |
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
!1 |
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
where K is M D nald's fun tion (Hankel's fun tion with ima inary argument), and the oeÆ ient |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
v |
|
|
|
|
|
; |
|
|
|
|
j =energy2 |
|
|
v; |
kineti= j |
j ; |
|
||||||||||||||||||||||||
has be n hosen to meet (80) for : |
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
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|
|
of eld |
|
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|
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|
|
|
and |
|
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|
energy of the super ur- |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
The energy per length of the ux line |
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|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
rent: |
|
|
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|
2 |
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|
4e onsists |
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2 |
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|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
B2 |
|
|
|
mB |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
s |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
B |
|
|
|
|
B |
|
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
b |
|
|
|
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+ |
|
2m |
|
Bj2 |
|
= |
|
|
|
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|
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|
|
|
|
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|
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|
0 |
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|
2 |
|
|
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|||||||||||||
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|
B |
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|
|
|
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|
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|
|
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|
|
|
|
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|
|
2 |
|
|
|
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|
|
|
|
|
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|
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|||||||||
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|
|
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|
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|
|
m |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
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|
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|
|||||||||||||||
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|
|
|
|
|
|
d2r |
|
|
2 |
|
|
|
|
+ |
2 |
|
|
|
2 |
r |
|
B |
|
|
|
|
|
|
r |
B = |
|
|
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|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
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|
|
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|
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|
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4 |
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j |
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j |
2 |
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r |
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B |
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= |
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Z |
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B2 |
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e |
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2 |
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1 |
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Z |
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0 |
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0 |
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||||||||||||||||||
|
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|
= |
|
2 0 |
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|
d2rB |
|
B + 2 |
r |
|
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|
r |
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|
B |
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|
2 |
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I |
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|
|
I |
|
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|
!ds |
B |
|
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|
B : |
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|
r |
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||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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|
2 0 |
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!1 |
|
29 |
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|
|
rst integrand was shown to vanish for ; and the last ontour integral vanishes for ! 1. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
TheW negle t the ontribution from . ; and nd with |
|
|
|
|
|
|
) |
|
0B |
|
|
: |
|
|
|
|
(84) |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
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|
2 |
|
2 B dB |
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|
0B |
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|
) |
|
(0) |
|
|
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|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
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2 |
0 |
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|
d |
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|
2 |
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|
2 |
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||||||||
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(80 |
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||||||||
With (81), the nal result with logarithmi a ura y (ln(=) 1) is |
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|
|
|
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|
2 |
2 |
ln |
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|
= |
|
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|
|
2 |
2 |
|
ln : |
|
|
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(85) |
|||||||||||||||
|
|
|
|
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|
4 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
4 |
0 |
|
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|||||||||||||||||||||||||
This result also proves that the total en |
|
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g one xoid ea h: |
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|
is minimum for ux lines ontaini |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
For a ux |
line on |
|
uxoids the |
|
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|
|
|
wo |
|
ld be |
|
|
|
2 |
while for |
ux lines it would only be |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
n ( > 0). |
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|
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|
b |
|
the super urren |
|
|
around the vertex line. Its intera tion |
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|
In this analysis, B was the eld |
|
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||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
energy per length withtaininghomogeneous exte nal eld in the same dire tion is |
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Z |
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2 |
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BBext |
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= |
0Bext |
: |
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(86) |
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|
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reatedenergy |
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|||||||||||||||||||||
(85) and (86) are equal at the low |
|
|
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|
0 |
|
|
|
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|
= B |
|
0 |
|
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|||||||||||||||||||
|
|
riti al eld B |
ext |
1 |
: |
|
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||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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B |
1 |
= |
|
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0 |
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|
ln |
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|
1: |
|
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|
(87) |
|||||||||||||||||
|
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4 2 |
|
ln = B p |
2 |
; |
|
|
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||||||||||||||||||||||||||||
The phase diagr m of |
t |
II super ondu tor |
|
|
|
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|
ig. 23. (There migh be a |
phase with |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
shown in |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
modulated order |
|
ameter under ertain onditions, theoreti ally |
predi ted independently |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
spatiallyb Fulde and Ferell and bypeLarkin and Ovshinnikov; this |
FFLO phase has not yet beenotherlea ly observed |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
experimentally.) |
|
|
B |
surfa e |
|
|
|
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B 2 |
B 3 |
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n |
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||||||||||||||||||||
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FFLO? |
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mixed |
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||||||||||||
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phase |
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|||||
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|
s B 1 B |
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|
T |
|
T |
|
|
|
|||||||
|
|
|
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|
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|
Figure 23: The phase diagram of a type II super ondu tor. |
|
nergy is minim |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
A more d ailed numeri al al ulation shows that in |
|
|
|
|
|
|
isotro |
|
material |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
for a regular tria |
gular latti e of the ux |
|
|
|
|
|
in the |
|
plane |
perpendi ular to them. |
From (87), at |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
B = B |
1 |
the |
de |
sity of ux lines is ln |
|
|
|
4 2 |
; |
that is, |
|
the |
|
latti e |
onstanthea |
1 |
is obtained froum |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
2p |
|
|
2 |
= ln : |
|
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a1 =linesp8 |
|
|
& : |
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(88) |
|||||||||||||||||||||||||||
a1 |
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3=2 = 4 |
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||||||||||||||||||||||||||||||
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3 ln |
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|||||
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30 |
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