Equação Linearizada de Ginzburg-Landau: Aplicações no Estudo da Nucleação Supercondutora.
Autor(a) principal: | |
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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. |
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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 |
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