Vortice di Abrikosov

Vortici in una pellicola di YBCO spessa 200 nm, ripresa mediante un microscopio SQUID a scansione

Nell'ambito della superconduttività, un vortice di Abrikosov, noto anche come flussone, è un vortice quantistico di corrente a resistenza nulla (supercorrente) in un superconduttore di tipo II teoricamente previsto da Alexei Abrikosov nel 1957 come derivazione della teoria della superconduttività di Ginzburg-Landau.

Caratteristiche

La supercorrente circola attorno a un nucleo centrale in cui il materiale non si comporta come superconduttore. Tale nucleo ha una dimensione $\sim \xi$ , nota come lunghezza di coerenza superconduttiva, che è un parametro della teoria di Ginzburg-Landau. Le supercorrenti si smorzano ad una distanza $\lambda$ dal nucleo, nota come profondità di penetrazione di London. Nei superconduttori di tipo II vale la relazione $\lambda >\xi /\sqrt{2}$ .

Le supercorrenti inducono campi magnetici il cui flusso totale è quantizzato, essendo associato ad ogni vortice un singolo quanto di flusso ${\mathrm{\Phi }}_0$ . È per questo che i vortici sono noti anche come flussoni.

La distribuzione del campo magnetico di un singolo vortice in funzione della distanza dal suo nucleo è descritta dalla relazione

$B(r)=\frac{{\mathrm{\Phi }}_0}{2\pi {\lambda }^2}{K}_0\left(\frac{r}{\lambda }\right)\approx \sqrt{\frac{\lambda }{r}}\exp (-\frac{r}{\lambda }),$

dove

$K_0(z)$

è una funzione di Bessel di ordine zero.

La formula approssimata per $r\to 0$ diverge, lasciando intendere che il campo magnetico cresca all'infinito. In realtà, per $r\lesssim \xi$ il campo è semplicemente dato da

$B(0)\approx \frac{{\mathrm{\Phi }}_0}{2\pi {\lambda }^2}\ln \kappa ,$

dove $\kappa =\lambda /\xi$$\kappa$ è noto come parametro Ginzburg–Landau e vale $\kappa >1/\sqrt{2}$ nei superconduttori di tipo II.

In tali superconduttori esiste un valore critico inferiore $H_{c1}$ del campo magnetico applicato al materiale al di sotto del quale i vortici non si formano e per cui il campo è completamente espulso dal materiale (effetto Meissner). Superando tale valore del campo e aumentandolo cominciano a formarsi i vortici, consentendo al campo di penetrare nel materiale, fino ad arrivare ad un valore critico superiore $H_{c2}$ per cui la densità dei vortici è tale che il campo ha penetrato completamente il materiale facendolo cessare di essere un superconduttore.