精選百科
本文由作者推薦
超導微觀(guān)理論
基本信息
| 適用領(lǐng)域 | 超導、量子、電力、電子 |
正文
從研究電子運動(dòng)來(lái)闡明超導電性的量子理論。1911年發(fā)現超導電性之后，人們就希望研究清楚發(fā)生超導的原因。大量實(shí)驗事實(shí)證明，超導電性的產(chǎn)生是電子氣狀態(tài)的變化所引起的；實(shí)驗上還證明，金屬一旦變成超導，則體系的能量要降低。顯然電子間的庫侖斥力不能導致體系能量的降低；但如電子間有某種吸引作用，則必然導致體系能量的降低。相互吸引作用從何而來(lái)這是人們長(cháng)期研究的問(wèn)題。W.K.海森伯、M.玻恩和程開(kāi)甲都曾經(jīng)嘗試根據量子力學(xué)和金屬電子論來(lái)對它進(jìn)行微觀(guān)的解釋?zhuān)嵌嘉闯晒Α?950年從實(shí)驗中發(fā)現了超導臨界溫度的同位素效應，指明導致超導的機制是電子－聲子相互作用，1957年J.巴丁、L.N.庫珀和J.R.施里弗建立了正確的微觀(guān)理論，即BCS理論。以后的發(fā)展表明，BCS理論能夠解釋大量的超導現象和實(shí)驗事實(shí)，是一個(gè)成功的理論。一個(gè)重要的進(jìn)展，是在1962年B.D.約瑟夫森預言了一種與兩塊超導體間弱耦合有關(guān)的效應，不久就得到實(shí)驗的證實(shí)，而命名為約瑟夫森效應。
關(guān)于通過(guò)交換聲子而發(fā)生的吸收作用，可以按如下的圖像來(lái)理解。一個(gè)電子狀態(tài)發(fā)生變化，能量和動(dòng)量從
。這個(gè)狀態(tài)的改變引起了固體中整個(gè)電子氣電荷分布的擾動(dòng)。這種擾動(dòng)必然牽動(dòng)點(diǎn)陣振動(dòng)，即發(fā)射聲子。點(diǎn)陣振動(dòng)反過(guò)來(lái)也可以影響電子氣。影響的結果可以使電子氣復原，能量和動(dòng)量為的電子恢復到原來(lái)的狀態(tài),其效果就是電子在運動(dòng)過(guò)程因牽動(dòng)點(diǎn)陣而增加了慣性，或有效質(zhì)量。影響的結果也可以是使另一個(gè)電子發(fā)生狀態(tài)的變化，從
變?yōu)?/span>
，這就是聲子被另一個(gè)電子吸收。后一種情形的結果是一對電子之間發(fā)生了能量和動(dòng)量的交換，也就是發(fā)生了以聲子為媒介的電子間的間接的相互作用。計算表明，當每一個(gè)電子前后狀態(tài)的能量差小于聲子的能量時(shí)（按測不準關(guān)系，不要求中間過(guò)渡的聲子服從能量守恒），這種相互作用是吸引的。考慮到費密面以下幾乎都是被占據了的狀態(tài)，以及量子力學(xué)的泡利不相容原理，可知只有在費密面附近的電子之間才存在吸引作用。這一部分恰恰也就是呈現超導電性的電子。
超導微觀(guān)理論
吸引作用的強弱，取決于一對電子()、()可能轉變過(guò)去的狀態(tài)、的多寡。據此可知，在費密面附近動(dòng)量相反、自旋也相反的一對電子
之間，存在比其他情形都要強得多的吸引作用。假如這種吸引作用超過(guò)了兩個(gè)電子之間的靜電斥力，就會(huì )使一對
的電子結合成庫珀對，因為這會(huì )使電子氣的能量下降到低于正常費密分布時(shí)的能量。費密面附近的電子兩兩結合成對，改變了這些電子的能譜。使得在連續的能帶態(tài)以下，出現一個(gè)單獨的能級，即結合成對的狀態(tài)（圖1）。單獨能級與連續能級之間的間隔為墹，叫做超導體的能隙。把一個(gè)電子對拆成不相關(guān)的兩個(gè)單獨電子，至少要給予一定的能量，這個(gè)能量就叫結合能，其值為
,即至少要給予每個(gè)電子以能量
。因為拆開(kāi)之后，兩個(gè)電子不成為庫珀對，每個(gè)電子都處在連續能級的狀態(tài)上。計算表明，能譜的連續部分的結構也發(fā)生了變化，能量值不是正常金屬情形的ε而是
。另外，各種大小能量的狀態(tài)數目也和正常情形下不同。
超導微觀(guān)理論
超導微觀(guān)理論
超導微觀(guān)理論
必須強調，吸引作用、庫珀取決于允許它們轉變過(guò)去的狀態(tài)
的多寡。假如在費密面附近存在一些未成對的電子
等等, 由于泡利不相容原理禁止電子對轉變到狀態(tài)
等等去，因而就會(huì )減弱電子對間的吸引。這樣，一個(gè)電子對內部的吸引強弱，電子對結合能或能隙△的大小取決于費密面附近全部電子的狀態(tài)分布。當費密面附近電子全都兩兩結合成對時(shí),△最大。拆散一些庫珀對，則剩下的每個(gè)庫珀對的結合也變得更加松弛。
超導微觀(guān)理論
超導微觀(guān)理論
因此，全體庫珀對組成一個(gè)凝聚體，它構成二流體模型的超流成分（超導電性）。凝聚體的各個(gè)庫珀對協(xié)同地或相干地處在有序化狀態(tài)。能隙△便是有序化程度的量度。所以△的更基本的意義是序參量。這種有序化造成規范對稱(chēng)性的自發(fā)破缺，結果，所有的庫珀對，可以是每個(gè)對的總動(dòng)量一致為零（無(wú)電流態(tài)），也可以是每個(gè)對的總動(dòng)量一致地等于某個(gè)非零數值（無(wú)電阻地傳輸電流，即超流動(dòng)態(tài)）。
在絕對零度，費密面附近的電子全都兩兩地結合成庫珀對，這時(shí)序參量為最大。當溫度高于絕對零度時(shí)，由于熱激發(fā)，一些庫珀對被拆散成單個(gè)電子，能隙或序參量也減小。當到某個(gè)溫度
時(shí)，庫珀對全被拆散，變?yōu)榱悖瑢B(tài)消失而轉入正常態(tài)。
就是超導體的臨界溫度。因此，超導-正常相變是二級的。圖2是利用隧道效應測量的-T關(guān)系曲線(xiàn)，圖中同時(shí)給出理論結果以供比較。顯然 的高低取決于0K時(shí)的大小。計算給出
,式中kB為玻耳茲曼常數。對于大多數超導體，這個(gè)關(guān)系與實(shí)驗測量符合得相當好。
時(shí)，Al、In、Nb、Sn、Ta、Tl、V、Zn等元素的
的測量值為:3.37、3.45、3.6、3.46、3.60、3.56、3.4、3.2。
超導微觀(guān)理論
超導微觀(guān)理論
超導微觀(guān)理論
圖3是超導態(tài)的電子比熱容與溫度關(guān)系的理論計算與實(shí)驗值的比較。圖4是臨界磁場(chǎng)與溫度關(guān)系的理論曲線(xiàn)與測量曲線(xiàn)的比較。由理論結果還可以得到，在超導－正常相變點(diǎn)T0 處的比熱容躍變度，結果是1.43。Al、Cd、Ga、In、La、Sn、Ta、Tl、V 和Zn的實(shí)驗值分別是1.45、 1.40、1.44、1.72、1.50、1.60、1.59、1.50、1.49和1.30。
圖5是超導態(tài)的超聲吸收與溫度關(guān)系的理論曲線(xiàn)與實(shí)驗值的比較。圖6是
的理論曲線(xiàn)與實(shí)驗值的比較。
超導微觀(guān)理論
超導微觀(guān)理論
超導微觀(guān)理論
綜上所述，可見(jiàn)理論與實(shí)驗基本上是符合的。對于超導微觀(guān)理論的基本概念──庫珀對的更直接的實(shí)驗支持來(lái)自磁通量子（見(jiàn)超導電性）的數值和約瑟夫森效應。理論與實(shí)驗也還存在一些差異，這些差異對部分超導體（如Pb、Hg等）特別顯著(zhù)。對理論作更精細的補充修正，可以使理論與實(shí)驗的差異縮小到百分之一左右（見(jiàn)強耦合超導體）。因此，超導微觀(guān)理論是固體理論中一個(gè)成功的典范。
參考書(shū)目
J.Bardeen and J.R.Schrieffer,Recent Developme-nts in Superconductivity，Prog.in Low Temp.Phys., Vol.,3,North-Holland, Amsterdam, 1961.
超導微觀(guān)理論相關(guān)的文章
腦動(dòng)脈瘤是常見(jiàn)血管性疾病，是自發(fā)性蛛網(wǎng)膜下腔出血最常見(jiàn)的原因。腦動(dòng)脈瘤可見(jiàn)于任何年齡，但50～69歲患者居多，約占總發(fā)病率的2/3。動(dòng)脈瘤病因不明，其發(fā)生是多種因素、多種機制并存導致。未破裂動(dòng)脈瘤可無(wú)癥狀，較大的動(dòng)脈瘤可壓迫鄰近腦組織或腦神經(jīng)出現相應的局灶癥狀，如癲癇、偏癱、失語(yǔ)、視力和視野障礙等。
卡爾巴拉省是伊拉克的一個(gè)省份，位于該國中部。該省面積為5,034平方公里，人口數量為1,220,005人。省會(huì )卡爾巴拉是什葉派伊斯蘭教徒心中的圣城，因此在該省內有許多宗教建筑和遺址。該省也是伊拉克重要的文化和歷史中心，擁有豐富的文化遺產(chǎn)和歷史背景。
西奈半島是連接非洲及亞洲的三角形半島，面積61000平方公里（23500平方英里）。西濱蘇伊士灣和蘇伊士運河，東接亞喀巴灣和內蓋夫沙漠，北臨地中海，南瀕紅海。東西最寬約210公里（130英里）、南北最長(cháng)約385公里（240英里）。半島上廣大的干燥地區稱(chēng)為西奈沙漠，西與埃及的東部沙漠間隔著(zhù)蘇伊士灣及運
劉秀（公元前5年1月15日—公元57年3月29日），即東漢光武帝，字文叔，南陽(yáng)郡蔡陽(yáng)人（今湖北省襄陽(yáng)市棗陽(yáng)市），東漢開(kāi)國皇帝。
硫酸（Sulfuric acid）是一種二元無(wú)機強酸，又名硫酸油。是一種由硫、氧和氫元素組成的礦物酸，化學(xué)式為H?SO?。它是一種無(wú)色的油狀液體，在任何濃度下都能與水互溶。純硫酸密度很大，為1.8305g/cm3。純硫酸沸點(diǎn)高達337℃，在25°C時(shí)蒸氣壓為0.001mmHg，屬于難揮發(fā)性酸。濃硫酸還具有吸水性，可用作干燥劑；具有強氧化性和腐蝕性，是一種強氧化性酸；此外，還具有脫水性，可以按比例脫
尚可名片
這家伙太懶了，什么都沒(méi)寫(xiě)！
作者
