Введение
Тип квантового фазового перехода Переход сверхпроводникаизолятора является примером квантового фазового перехода, при котором, настраивая какой-то параметр в гамильтоновом, происходит резкое изменение поведения электронов. Природа того, как происходит этот переход, оспаривается, и многие исследования стремятся понять, как меняется параметр порядка, . Здесь амплитуда параметра порядка, и это фаза. Большинство теорий предполагают либо разрушение амплитуды параметра порядка за счет уменьшения плотности состояний на поверхности Ферми, либо разрушение когерентности фазы, которая возникает в результате распространения вихрей.
The superconductor–insulator transition is an example of a quantum phase transition, whereupon tuning some parameter in the Hamiltonian, a dramatic change in the behavior of the electrons occurs. The nature of how this transition occurs is disputed, and many studies seek to understand how the order parameter, , changes. Here is the amplitude of the order parameter, and is the phase. Most theories involve either the destruction of the amplitude of the order parameter by a reduction in the density of states at the Fermi surface, or by destruction of the phase coherence; which results from the proliferation of vortices.
Уничтожение сверхпроводности
В двух измерениях, тема сверхпроводности становится очень интересной, потому что существование истинного порядка в дальних расстояниях невозможно. В 1970-х годах J. Michael Kosterlitz и David J. Thouless (вместе с Вадимом Березинским) показали, что может существовать другой вид порядка длинного диапазона топологический порядок, который показывает корреляции закона мощности (что означает, что путем измерения функции корреляции двух точек она распадается алгебраически). Эта картина меняется, если включить в нее беспорядок. Можно получить поведение без Костерлица, но колебания параметра порядка значительно усилены, и температура перехода подавлена. Модель, которую следует иметь в виду при понимании того, как происходит сверхпроводность в двумерном неупорядоченном сверхпроводнике, выглядит следующим образом. При высоких температурах система находится в нормальном состоянии. По мере того, как система охлаждается к переходной температуре, сверхпроводящие зерна начинают колебаться и исчезать. Когда одно из этих зерен "всплывает", оно ускоряется без рассеивания на некоторое время, прежде чем снова распадается в нормальное состояние. Это увеличивает проводимость даже до того, как система конденсируется в сверхпроводящее состояние. Эта повышенная проводимость называется парапроводностью или флуктуационной проводимостью, и впервые была правильно описана Львом Г. Асламазовым и Анатолием Ларкиным. По мере дальнейшего охлаждения системы продолжительность этих колебаний увеличивается и становится сопоставимой с временем Гинцбурга Ландау. В конечном итоге амплитуда параметра порядка становится хорошо определенной (она не равна нулю везде, где есть сверхпроводящие пятна), и она может начать поддерживать фазовые колебания. Эти флуктуации фазы устанавливаются при более низкой температуре и вызваны вихрями, которые являются топологическими дефектами параметра порядка. Именно движение вихрей приводит к раздуванию сопротивления ниже В конечном итоге система остывает дальше, ниже температуры Костерлица Тхоулеса, все свободные вихри связываются в пары вихревых антивихревых, и система достигает состояния с нулевым сопротивлением.
Eventually, the amplitude of the order parameter becomes well defined (it is non zero wherever there are superconducting patches), and it can begin to support phase fluctuations. These phase fluctuations set in at a lower temperature, and are caused by vortices which are topological defects in the order parameter. It is the motion of vortices that gives rise to inflation of resistance below Eventually the system is cooled further, below the Kosterlitz Thouless temperature , all of the free vortices become bound into vortex antivortex pairs, and the systems attains a state with zero resistance.
Конечное магнитное поле
Охлаждение системы и включение магнитного поля имеет определенные эффекты. Для очень маленьких полей магнитное поле защищено от внутренней части образца. Однако выше, затраты на энергию, чтобы не допустить внешнего поля, становятся слишком большими, и сверхпроводник позволяет полю проникать в квантовые флуксоны. Теперь сверхпроводник перешел в "смешанное состояние", в котором есть сверхжидкость вместе с вихрями, которые теперь имеют только одну циркуляцию. Увеличение поля добавляет вихри в систему. В конце концов, плотность вихрей становится настолько большой, что они перекрываются. Ядро вихря содержит нормальные электроны (то есть амплитуда параметра сверхпроводящего порядка равна нулю), поэтому, когда они перекрываются, сверхпроводность убивается путем разрушения амплитуды параметра порядка. Дальнейшее увеличение поля приводит к очень интересной возможности в двух измерениях, где колебания усиливаются, что вихри могут конденсироваться в конденсат Бозе, который локализует сверхпроводящие пары.