Equação Linearizada de Ginzburg-Landau: Aplicações no Estudo da Nucleação Supercondutora.

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Marcal, Gabriel Ayres
Data de Publicação: 2021
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da Universidade Federal do Espírito Santo (riUfes)
Texto Completo: http://repositorio.ufes.br/handle/10/15577
Resumo: Superconductivity is a topic of condensed matter physics that has been extensively studied due to its potential for technological applications. Superconducting materials have good applicability due to their property of conducting electrical current without energy losses (without electrical resistance) besides having a perfect diamagnetism when cooled down the critical temperature. These materials are being widely used in various technologies for public transport vehicles, electrical energy storage, medical and hospital equipment, motors for electrical energy transformation, superconducting equipment and currently in the manufacture of superconducting switches (Josephson junctions). In this dissertation, we addressed aspects and properties of superconductivity, such as the Meissner Effect (magnetic field expulsion), zero resistivity, critical fields and temperatures, types of superconductors, among others. We also discussed theories that have emerged during the years to explain the superconducting phenomena (London, BCS and Ginzburg-Landau). We turned our attention to the Ginzburg-Landau theory which was developed by expanding the free energy of the system by powers of the order parameter, around the critical temperature (temperature above which the superconductivity of a particular system is vanished), in order to explain the thermodynamic properties of the transition from the normal state to the superconducting state. In this theory, the order parameter characterizes the superconducting state and it assumes non-zero values below the critical temperature. Specifically, we performed a theoretical study of the Ginzburg-Landau linearized equation and its application to the study of superconductivity nucleation in thin-film systems with or without Ginzburg-Landau edge conditions or with steplike magnetic domain structures. For each case, a MATLAB algorithm using the finite difference method was used to solve numerically the respective linearized equation, providing the dependence of the critical temperature on the magnetic field and the location of the order parameter of samples with dimensions of the order of the coherence length. The analogy between the linearized Ginzburg-Landau equation for a global sample in the presence of a magnetic field with the Schrödinger equation for a quantum double harmonic oscillator revealed the wave character of superconducting nucleation.
id UFES_7ce1e5554c32a95b7e1587ad4228f84a
oai_identifier_str oai:repositorio.ufes.br:10/15577
network_acronym_str UFES
network_name_str Repositório Institucional da Universidade Federal do Espírito Santo (riUfes)
repository_id_str 2108
spelling Equação Linearizada de Ginzburg-Landau: Aplicações no Estudo da Nucleação Supercondutora.Linearized Ginzburg-Landau Equation: Applications in the Superconducting Nucleation Study.SupercondutividadeGinzburg-Landauparâmetro de ordemtemperatura críticasubject.br-rjbnFísicaSuperconductivity is a topic of condensed matter physics that has been extensively studied due to its potential for technological applications. Superconducting materials have good applicability due to their property of conducting electrical current without energy losses (without electrical resistance) besides having a perfect diamagnetism when cooled down the critical temperature. These materials are being widely used in various technologies for public transport vehicles, electrical energy storage, medical and hospital equipment, motors for electrical energy transformation, superconducting equipment and currently in the manufacture of superconducting switches (Josephson junctions). In this dissertation, we addressed aspects and properties of superconductivity, such as the Meissner Effect (magnetic field expulsion), zero resistivity, critical fields and temperatures, types of superconductors, among others. We also discussed theories that have emerged during the years to explain the superconducting phenomena (London, BCS and Ginzburg-Landau). We turned our attention to the Ginzburg-Landau theory which was developed by expanding the free energy of the system by powers of the order parameter, around the critical temperature (temperature above which the superconductivity of a particular system is vanished), in order to explain the thermodynamic properties of the transition from the normal state to the superconducting state. In this theory, the order parameter characterizes the superconducting state and it assumes non-zero values below the critical temperature. Specifically, we performed a theoretical study of the Ginzburg-Landau linearized equation and its application to the study of superconductivity nucleation in thin-film systems with or without Ginzburg-Landau edge conditions or with steplike magnetic domain structures. For each case, a MATLAB algorithm using the finite difference method was used to solve numerically the respective linearized equation, providing the dependence of the critical temperature on the magnetic field and the location of the order parameter of samples with dimensions of the order of the coherence length. The analogy between the linearized Ginzburg-Landau equation for a global sample in the presence of a magnetic field with the Schrödinger equation for a quantum double harmonic oscillator revealed the wave character of superconducting nucleation.Supercondutividade é um ramo da física da matéria condensada que vem sendo bastante estudado devido ao seu potencial para aplicações tecnológicas. Os materiais supercondutores têm boa aplicabilidade por possuírem a propriedade de conduzir corrente elétrica sem perdas de energia (sem resistência elétrica) além de possuírem um diamagnetismo perfeito quando resfriado a baixo da temperatura crítica. Estes materiais estão sendo muito utilizados em diversas tecnologias para veículos de transporte de passageiros, armazenamento de energia elétrica, equipamentos de uso médico-hospitalar, motores para transformação de energia elétrica, equipamentos supercondutores e atualmente na fabricação de chaves supercondutoras (junções Josephson). Nesta dissertação, abordamos aspectos e propriedades da supercondutividade, tais como, o Efeito Meissner (expulsão do campo magnético), resistividade nula, temperaturas e campos críticos, tipos de supercondutores, entre outros. Discutimos, também, teorias que surgiram ao longo dos anos para explicar fenômenos supercondutores (London, BCS e Ginzburg-Landau). Voltamos nossa atenção para a teoria de Ginzburg-Landau que foi desenvolvida expandindo a energia livre do sistema em potências do parâmetro de ordem, em torno da temperatura crítica (temperatura acima da qual a supercondutividade de um sistema particular é destruída), como o intuito de explicar as propriedades termodinâmicas da transição do estado normal para o estado supercondutor. Nesta teoria, o parâmetro de ordem caracteriza o estado supercondutor e assume valores não nulos abaixo da temperatura crítica. Especificamente, fizemos um estudo teórico da equação linearizada de Ginzburg-Landau e de sua aplicação ao estudo da nucleação da supercondutividade em sistemas de filmes finos com e sem condições de borda de Ginzburg-Landau ou com estruturas de domínios magnéticos steplike. Para cada caso, um algoritmo do MATLAB resolveu numericamente a respectiva equação linearizada através do método de diferenças finitas, fornecendo a dependência da temperatura crítica com o campo magnético e a localização do parâmetro de ordem de amostras com dimensões da ordem do comprimento de coerência. A analogia entre a equação linearizada de Ginzburg-Landau de uma amostra global na presença de um campo magnético com a equação de Schrodinger para um oscilador harmônico duplo quântico revelou o caráter ondulatório da nucleação supercondutora.Fundação Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Universidade Federal do Espírito SantoBRMestrado em FísicaCentro de Ciências ExatasUFESPrograma de Pós-Graduação em FísicaNascimento, Valberto Pedruzzihttps://orcid.org/0000000295435335http://lattes.cnpq.br/9908042258225541https://orcid.org/0000-0002-2151-5623http://lattes.cnpq.br/9316583553997443Fontes, Magda Bittencourthttps://orcid.org/0000-0003-3312-7967http://lattes.cnpq.br/2539884871275474Scopel, Wanderla Luishttps://orcid.org/0000000220918121http://lattes.cnpq.br/1465127043013658Marcal, Gabriel Ayres2024-05-30T00:52:46Z2024-05-30T00:52:46Z2021-12-29info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisTextapplication/pdfhttp://repositorio.ufes.br/handle/10/15577porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Espírito Santo (riUfes)instname:Universidade Federal do Espírito Santo (UFES)instacron:UFES2024-10-17T10:32:34Zoai:repositorio.ufes.br:10/15577Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ufes.br/oai/requestopendoar:21082024-10-17T10:32:34Repositório Institucional da Universidade Federal do Espírito Santo (riUfes) - Universidade Federal do Espírito Santo (UFES)false
dc.title.none.fl_str_mv Equação Linearizada de Ginzburg-Landau: Aplicações no Estudo da Nucleação Supercondutora.
Linearized Ginzburg-Landau Equation: Applications in the Superconducting Nucleation Study.
title Equação Linearizada de Ginzburg-Landau: Aplicações no Estudo da Nucleação Supercondutora.
spellingShingle Equação Linearizada de Ginzburg-Landau: Aplicações no Estudo da Nucleação Supercondutora.
Marcal, Gabriel Ayres
Supercondutividade
Ginzburg-Landau
parâmetro de ordem
temperatura crítica
subject.br-rjbn
Física
title_short Equação Linearizada de Ginzburg-Landau: Aplicações no Estudo da Nucleação Supercondutora.
title_full Equação Linearizada de Ginzburg-Landau: Aplicações no Estudo da Nucleação Supercondutora.
title_fullStr Equação Linearizada de Ginzburg-Landau: Aplicações no Estudo da Nucleação Supercondutora.
title_full_unstemmed Equação Linearizada de Ginzburg-Landau: Aplicações no Estudo da Nucleação Supercondutora.
title_sort Equação Linearizada de Ginzburg-Landau: Aplicações no Estudo da Nucleação Supercondutora.
author Marcal, Gabriel Ayres
author_facet Marcal, Gabriel Ayres
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Nascimento, Valberto Pedruzzi
https://orcid.org/0000000295435335
http://lattes.cnpq.br/9908042258225541
https://orcid.org/0000-0002-2151-5623
http://lattes.cnpq.br/9316583553997443
Fontes, Magda Bittencourt
https://orcid.org/0000-0003-3312-7967
http://lattes.cnpq.br/2539884871275474
Scopel, Wanderla Luis
https://orcid.org/0000000220918121
http://lattes.cnpq.br/1465127043013658
dc.contributor.author.fl_str_mv Marcal, Gabriel Ayres
dc.subject.por.fl_str_mv Supercondutividade
Ginzburg-Landau
parâmetro de ordem
temperatura crítica
subject.br-rjbn
Física
topic Supercondutividade
Ginzburg-Landau
parâmetro de ordem
temperatura crítica
subject.br-rjbn
Física
description Superconductivity is a topic of condensed matter physics that has been extensively studied due to its potential for technological applications. Superconducting materials have good applicability due to their property of conducting electrical current without energy losses (without electrical resistance) besides having a perfect diamagnetism when cooled down the critical temperature. These materials are being widely used in various technologies for public transport vehicles, electrical energy storage, medical and hospital equipment, motors for electrical energy transformation, superconducting equipment and currently in the manufacture of superconducting switches (Josephson junctions). In this dissertation, we addressed aspects and properties of superconductivity, such as the Meissner Effect (magnetic field expulsion), zero resistivity, critical fields and temperatures, types of superconductors, among others. We also discussed theories that have emerged during the years to explain the superconducting phenomena (London, BCS and Ginzburg-Landau). We turned our attention to the Ginzburg-Landau theory which was developed by expanding the free energy of the system by powers of the order parameter, around the critical temperature (temperature above which the superconductivity of a particular system is vanished), in order to explain the thermodynamic properties of the transition from the normal state to the superconducting state. In this theory, the order parameter characterizes the superconducting state and it assumes non-zero values below the critical temperature. Specifically, we performed a theoretical study of the Ginzburg-Landau linearized equation and its application to the study of superconductivity nucleation in thin-film systems with or without Ginzburg-Landau edge conditions or with steplike magnetic domain structures. For each case, a MATLAB algorithm using the finite difference method was used to solve numerically the respective linearized equation, providing the dependence of the critical temperature on the magnetic field and the location of the order parameter of samples with dimensions of the order of the coherence length. The analogy between the linearized Ginzburg-Landau equation for a global sample in the presence of a magnetic field with the Schrödinger equation for a quantum double harmonic oscillator revealed the wave character of superconducting nucleation.
publishDate 2021
dc.date.none.fl_str_mv 2021-12-29
2024-05-30T00:52:46Z
2024-05-30T00:52:46Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv http://repositorio.ufes.br/handle/10/15577
url http://repositorio.ufes.br/handle/10/15577
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv Text
application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal do Espírito Santo
BR
Mestrado em Física
Centro de Ciências Exatas
UFES
Programa de Pós-Graduação em Física
publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal do Espírito Santo
BR
Mestrado em Física
Centro de Ciências Exatas
UFES
Programa de Pós-Graduação em Física
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Espírito Santo (riUfes)
instname:Universidade Federal do Espírito Santo (UFES)
instacron:UFES
instname_str Universidade Federal do Espírito Santo (UFES)
instacron_str UFES
institution UFES
reponame_str Repositório Institucional da Universidade Federal do Espírito Santo (riUfes)
collection Repositório Institucional da Universidade Federal do Espírito Santo (riUfes)
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da Universidade Federal do Espírito Santo (riUfes) - Universidade Federal do Espírito Santo (UFES)
repository.mail.fl_str_mv
_version_ 1818368010693378048