Теория Гинзбурга — Ландау: как описать состояние сверхпроводника
В 1950 году Виталий Гинзбург и Лев Ландау создали теорию, позволяющую рассчитывать свойства сверхпроводников вблизи температуры перехода в сверхпроводящее состояние. Она описывала явление через общие физические величины, не требуя полной микроскопической картины движения электронов.
Как это было
Сверхпроводимость проявляется в том, что при охлаждении некоторых материалов ниже определённой температуры их электрическое сопротивление исчезает. Одновременно сверхпроводник особым образом взаимодействует с магнитным полем. К середине XX века физики уже знали об этих эффектах, но требовался общий способ связывать их с состоянием вещества.
Гинзбург и Ландау опирались на подход к фазовым переходам, разработанный Ландау. Вместо описания каждого электрона они ввели математическую величину, характеризующую сверхпроводящее состояние вещества в целом, — параметр порядка. По его изменению можно изучать, как свойства материала зависят от температуры, магнитного поля и расположения точек внутри образца.
В 1950 году была опубликована их работа «К теории сверхпроводимости». Она дала набор уравнений для описания сверхпроводников, прежде всего вблизи температуры перехода. Важным было то, что теория позволяла получать проверяемые выводы о поведении реальных материалов.
Как это работало
В теории рассчитывают свободную энергию материала — величину, по которой можно определить устойчивое состояние системы. Она зависит от параметра порядка и магнитного поля. Условие минимума энергии приводит к уравнениям, описывающим распределение сверхпроводимости и магнитного поля в образце.
Так можно оценивать, насколько глубоко магнитное поле проникает в материал и на каком расстоянии заметно меняется сверхпроводящее состояние. Сравнение этих двух характерных длин помогает объяснить различия между сверхпроводниками первого и второго рода. Математическая модель при этом рассчитана прежде всего на область температур возле перехода.
Что было дальше
В 1957 году Алексей Абрикосов использовал теорию Гинзбурга — Ландау для объяснения особого, вихревого состояния сверхпроводников второго рода. Позднее было показано, как эта феноменологическая модель связана с микроскопической теорией сверхпроводимости.
Метод остался рабочим инструментом физиков: с его помощью исследуют магнитные свойства сверхпроводников, тонкие плёнки, неоднородные образцы и возникающие в них вихревые структуры. Теория стала способом переходить от наблюдаемых эффектов к количественному описанию материалов.
В те же годы
Через Северный полюс без посадки: рейс АНТ-25 в Америку
18–20 июня 1937 года Валерий Чкалов, Георгий Байдуков и Александр Беляков перелетели из Подмосковья через Северный полюс в американский Ванкувер. Самолёт АНТ-25 провёл в воздухе более 63 часов.
1937наука«Северный полюс-1»: научная станция на движущейся льдине
В 1937 году в районе Северного полюса начала работу дрейфующая научная станция «Северный полюс-1». Иван Папанин, Эрнст Кренкель, Пётр Ширшов и Евгений Фёдоров проводили наблюдения, пока льдина перемещалась по океану.
1937связь и радиоМногорезонаторный магнетрон: источник сантиметровых радиоволн
В 1937 году инженеры Николай Алексеев и Дмитрий Маляров испытали мощный многорезонаторный магнетрон. Прибор создавался в ленинградском НИИ-9 под научным руководством Михаила Бонч-Бруевича.
1937приборы и измеренияСверхтекучесть: когда жидкий гелий почти не сопротивляется течению
В 1937 году Пётр Капица обнаружил необычное течение жидкого гелия при очень низкой температуре. В опытах выяснилось, что ниже определённого температурного порога жидкость способна проходить через узкие каналы с чрезвычайно малым сопротивлением.
1937медицина и фармакологияМеханическое сердце Демихова: опыт 1937 года
В 1937 году Владимир Демихов участвовал в создании механического сердца с электроприводом и испытал его на собаке. Аппарат был экспериментальным: он должен был заменить собственное сердце животного и поддерживать движение крови.
1937приборы и измеренияСвечение быстрых частиц: теория Тамма и Франка
В 1937 году Игорь Тамм и Илья Франк объяснили свечение, открытое Павлом Черенковым при исследовании жидкостей. Они показали, при каких условиях движущаяся в веществе заряженная частица испускает свет.