“另一個思路”
聽到徐雲說出的這番話。
臺下的周光召、薛其坤等人臉色並沒有多少變化,只是浮現出了些許的若有所思。
正如徐雲所說。
就像提及小牛必然要提到萬有引力一樣,在涉及到超導概念的時候,就必然要提到BCS理論。
在原本歷史中。
自從1911年昂內斯首次發現了超導現象之後,人們一直認為除了電阻為零之外,超導材料與普通材料具有相同的特性。
然而1933年關於超導體具有完全抗磁性的發現打破了這一觀念,超導體的完全抗磁性也被稱之為邁斯納效應。
到了1935年的時候。
倫敦兄弟發展出倫敦方程,將透過超導體的電流與其內部和周圍的電磁場聯絡起來,從而構建了一個關於超導體電磁特性的唯象理論。
這一理論預言了電磁穿透深度的存在,並於1939年被實驗證實。
接著1950年的時候物理學家又發現,具有較低原子量的汞同位素,在轉變為超導體時的溫度會略高一些,
這表明關於超導性的理論必須考慮到晶體中的自由電子會受到晶格振動的影響,這個現象被稱為超導的“同位素效應”。
又雙叒叕過了三年。
透過對超導體導熱性的分析,物理學家認識到,超導體中自由電子的能量分佈並不均勻,而是具有能隙。
然而,所有這些理論都只是用來說明觀察到的實驗現象之間的相互關係,並沒有從物理學基本定律出發對這些現象作出解釋。
在昂內斯發現超導現象之後近50年的時間裡,理論物理學家一直沒有發展出超導的基本理論。
直到
1957年。
在這一年,美國物理學家巴丁、庫珀和施裡弗三人提出了赫赫有名的BCS理論。
當時施裡弗和巴丁、庫珀發現,超導體中的電子會結合成庫珀對,所有電子庫珀對的運動是相互關聯的,並由於聲子電子相互作用而形成一個整體。
於是他們開始思考如何同時描述所有庫珀對的行為,而不是單獨描述每一個庫珀對。
這些電子對不受其他電子和晶格的影響,這使得它們可以不受阻礙地運動。
最終在這一年初,巴丁與他的學生庫珀和施裡弗將這些因素組合起來,以《超導的微觀理論》為題發表了一篇簡短的論文。
在同年12月的文章《超導理論》中他們證明了超導相變是二級相變,他們的理論可以解釋同位素效應和邁斯納效應,以及為什麼超導態只能發生在絕對零度附近:
在大量的熱擾動下,脆弱的庫珀對會斷裂。
此外,他們還給出了關於比熱和電磁穿透深度的理論計算。
於是乎。
超導的BCS理論就構建起來了。
BCS理論的建立,是物理學史上第一次從微觀角度全面綜合地解釋了超導現象,在理論和實驗上是無可挑剔的。
1972年,巴丁、庫珀與施裡弗三人因為提出BCS理論獲得了諾貝爾物理學獎。
但就像牛頓力學配套經典物理、但在微觀領域卻有些乏力一樣,BCS理論很快也遇到了一個瓶頸:
這個理論能夠完美的解釋低溫超導,但在涉及到高溫超導之後卻存在很多無法解釋的情況。
因此物理學界也提出過很多候選機理,目前比較有熱度的分別是RVB(共振價鍵)理論、tJ模型和自旋漲落模型。
這些理論各有優點和缺點,都有待實驗證據檢驗。
“RVB理論認為銅氧高溫超導體中的電子在銅氧面上形成了共振價鍵,為強烈的量子糾纏,而非庫珀對,這種價鍵可以跨越不同的銅氧面從而導致超導性。”
隨後徐雲將PPT翻到了下一頁,對現有的幾種理論進行起了銳評:
“RVB理論能夠解釋高溫超導的一些強關聯效應,如贗能隙和反鐵磁序,但它的弊端在於沒有給出具體的電子配對機制和對稱性,也沒有給出可測量的預言。”
“更早一些的 tJ模型認為電子在銅氧面上透過交換自旋為1/2的激子形成庫珀對,可以解釋高溫超導的 d波對稱性和電荷自旋分離,但同樣沒有給出具體的配對機制。”