Dynamics of fractional vortices in two-band superconductors

Анотація

Чисельним розв’язком залежних від часу рівнянь Гінзбурга–Ландау (TDGL) досліджено входження фракційних вихорів та їх подальша динаміка всередині двозонного надпровідника. Розглянуто випадок, коли надплинні електронні конденсати двох зон характеризуються досить різними параметрами, такими як довжина когерентності ξ_i та лондонівська глибина проникнення λ_i, що призводить до різних критичних магнітних полів H_c,i та фракційних значень квантів магнітного потоку, який пов’язаний із вихорами у надпровідному стані в цих двох зонах. Чисельні розв’язки рівнянь TDGL при різних значеннях зовнішнього магнітного поля з подальшим математичним моделюванням проникнення магнітного потоку виконано для цього випадку методом скінченних елементів. Досліджено часову еволюцію процесу проникнення фракційних вихорів та їх подальшу динаміку всередині зразків для двох геометрій: кругового диска та кругового диска з трикутним вирізом. Отримані результати свідчать про те, що магнітний потік проникає всередину зразка у вигляді фракційних вихорів, коли вони можуть подолати крайовий бар’єр, який, в загальному випадку, є різним для цих двох типів вихорів. Тому при збільшенні зовнішнього магнітного поля у двозонний надпровідник спочатку проникають вихори, для яких висота бар’єру є меншою (тобто, вихори із зони з меншим критичним полем H_c,i), тоді як фракційні вихори іншої зони починають своє проникнення при більш високій величині зовнішнього поля. Інший механізм утворення дробових вихорів під час їх входу в двозонний надпровідник пов’язаний з різницею в значеннях фракційних квантів потоку та коефіцієнтів в’язкості, які визначають швидкість поширення вихорів всередині зразку. Всередині зразку фракційні вихори рухаються, намагаючись упорядкуватися. Вихори з різних електронних зон притягуються один до одного, злипаються, утворюючи композитні вихори з цілим значенням квантів всього потоку φ₀ = h/2e