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[资料]熵的世界1 [复制链接]

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只看该作者 100楼 发表于: 2017-11-08  粉丝: 4   好友:3
正中间的结构
我们来看一看苯。没有一个单独的价键结构能满意地表示苯的性质。共振论对苯的简单的描写是应用两个价键结构,即两个Kekulé结构。这两个结构必须重叠熔融在一起来表示苯的分子,并同时考虑共振效应的稳定作用——即苯是一个具有它是朝向能量稳定的方向从中间结构变化而来的结构的,而在Linus Pauling的共振论里,苯的分子并没有一个在两Kekulé结构正中间的结构,而“薛定锷蛋”理论可以利用“薛定锷鸡”和“薛定锷蛋”的对偶性提供这样一个正中间的结构。将苯的生成热实验数据和通过键能计算而得来的单个Kekulé结构的生成热数据相比,发现共振所引起的能量稳定约为39千卡/克分子。就是这个稳定效应使得苯比烯类难于氢化而且呈现较小的不饱和性。“薛定锷蛋”理论有事实依据,可以解释双缝干涉实验。
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只看该作者 101楼 发表于: 2017-11-10  粉丝: 4   好友:3
二硼化镁的特性参数
二硼化镁的特性参数

正常和超导态的特性参数 二硼化镁 铌3锡钇钡铜氧
1克原子质量 15.31 99.4 51.5
1克原子体积 5.83 11.1 8.0
平均临界温度 36.7~39 18 90
声子平均能量值 480 125
Sommerfeld常数 0.89 13 1.5
N(0) 电子-声子耦合常数 0.12 0.99 0.13
电子-声子耦合常数 (1.07) 1.8
平均点阵力常数 0.58 1.8 1.5
电子Hopfield常数 10.9 5.3
归一化比热跳跃 6.3 9.5
T=0处热力学临界场 0.26 0.52 1.0
凝聚能测量值 27 108 400
BCS凝聚能 49 90 360
超导能隙 1.2~4.2 4.8 5
上临界场斜率 0.56 1.6 2.3
T=0处上临界场 14~17 25 150
T=0处相干长度 4.9~5.2 11.5 1.5
Kappa 26~38 3.4 100
T=0处London穿透深度 140~185 39 150
T=0处下临界场 0.018 0.13 0.03


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只看该作者 102楼 发表于: 2017-11-15  粉丝: 4   好友:3
形状共振
KCP、电荷转移型有机TTF-TCNQ等都是准一维导体。当温度降低时,这些一维导体会发生相变,出现超晶格和电荷密度波(CDW)。超晶格的晶格常数,即CDW波长为3.76个晶体常数(TTF-TCNQ)到6.0个晶格常数(KCP)。在一维有机导体,如TTF-TCNQ中,曾经验证了Peierls相变的理论预言,这是一维电子-晶格耦合系统发生的金属-绝缘体转变。从“薛定锷蛋”理论来看,TTF-TCNQ在60K时的电导峰很可能是形状共振引起的,这与巨共振类似。形状共振可能是新型超导体中存在的普遍现象。研究者们通过总结大量的铁基超导体的晶体结构参数和超导转变温度数据,发现它们之间具有一定的关系。最典型的是阴离子距离铁离子层的高度和上超导转变开始温度之间的关系。数据点构成了一条对称的曲线。在阴离子大约1.38Å附近有一个峰值。阴离子高度是依赖于铁阴离子层的类型的。这一条曲线对于1111、122、111和11体系的铁基超导体都是普遍适用的。
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只看该作者 103楼 发表于: 2017-11-18  粉丝: 4   好友:3
负关联能
20世纪70年代,有许多实验工作者企图探索金属-半导体界面处的超导电性问题。采用低温下离子注入法所得铝-硅,超导转变温度达8.3K,且实验表明在这种样品中有大量的缺陷存在。对这些实验的解释不一,众说纷纭。有人认为这是由于晶格结构无序引起了超导转变温度增加;Anderson则建议:由于双极化子作用,在无序界面处的金属-半导体键内存在负关联能,而金属中的电子隧穿进入这些键态引起电子间出现吸引增进使超导转变温度增加,可称之为电子-玻色子耦合。
非晶半导体的通常模型认为在其能隙内有局域化电子态存在。然而,对于有关非晶半导体磁性的实验数据,用通常模型及其变种都不易解释。1975年Anderson提出,在某些非晶材料中存在有负关联能中心,以U(U<0)中心表示,这是指:存在具有相反自旋的局域化电子对,此电子对内的两电子之间有吸引的Hubbard相互作用,其相关能为U(U<0);Anderson的具体图像为:诸格位形成无规晶格,这些格位可被自旋相反的电子占据。可以认为该模型是反映在某些无规玻璃结构中,关键是在同一键位内自旋相反的两电子间存在Hubbard吸引作用有效U,这里有效U可认为是库仑排斥作用和某种吸引作用之和,而后者的绝对值大于前者,这种吸引是由把键内两个原子“团结”在一起的作用引起的。
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只看该作者 104楼 发表于: 2017-11-20  粉丝: 4   好友:3
Slater-Pauling曲线
一个相似的但令人印象深刻的趋势出现在3d、4d和5d过渡金属系列d能带的填充中。4d和5d过渡金属呈现出一个几乎完美的抛物线形趋势。在整个由铬至镍的元素序列中,金属原子间成键的价电子数为6。假如在氩壳层外的9个稳定的轨道全部利用上的话,可以预期,饱和磁矩从铬的0上升到钴的3(最大值)。事实上,从Slater-Pauling曲线中可以看出,这些金属和它们相互作用之间的饱和磁矩的实验值,在铁到钴之间的距离约1/4时为最大值;在镍与铜之间的中点时降为零(反铁磁合金不符合这条曲线)。这些事实曾被解释为过渡金属中的9个轨道,不是全部而只是略小一些的数目可以由电子来占据。Slater-Pauling曲线的饱和磁矩曲线最大值的位置提供了有关被成键电子或原子的电子所占据的轨道数目的情况。从合理近似地逼近全部实验数据所绘出的两条直线,外推出位于每个原子有26.28个电子处的交点。
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只看该作者 105楼 发表于: 2017-11-22  粉丝: 4   好友:3
见证人
关于高温超导机制,虽然BCS理论和非对角长程序的概念已建立50多年,然而还未找到一个强相互作用电子模型,可以建立起超导有序。杨振宁在这方面有了一点儿突破,发现在负关联能模型中找到一类本征态具有非对角长程序,从而推动了一系列的重要研究,包括局域配对等。严格解问题的公认权威E. H. Lieb给出了一个待解问题的表述。面对高温超导体的一系列基本事实,人们相信应该被包容在Hubbard模型中,至今尚未给出严格的解析证明。从这里可以看出严格解析研究的步履有多么艰难!
是不是研究的方向错了?可能“薛定锷蛋”理论才是一个好的出发点。朗道费米液体理论的失效,并非由于在一维系统中才具有的任何具体性质,而是由于其强关联在费米面上产生有限相移所致。实验上一般认为,当高温铜氧化物超导体处于过掺杂情况时,随着掺杂程度的增加,其正常金属态趋于常规费米液体行为。“薛定锷蛋”理论可以处理这一演变过程,那是薛定锷波和“薛定锷蛋”的对偶性导致的,而Anderson理论则给不出一个说法。凝聚态理论权威Anderson及Schrieffer在他们1991年一篇文章中指出:“我们正在重写凝聚态物理的教科书,将增加卷二,正如BCS曾经将新类型物理学曝光一样,或许我们会成为揭开物理学又一巨大进展的见证人。”
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只看该作者 106楼 发表于: 2017-11-25  粉丝: 4   好友:3
绝对熵
Théophile de Donder引入了亲和力A来反映化学平衡时Gibbs自由能为极小。在平衡时,根据质量作用定律,亲和势A必为零。当我们离开平衡态时,亲和力将增加(绝对值)。亲和力可以当作系统的实际状态与平衡态间的距离的度量。它的符号决定化学反应的方向,如果A是正的,净反应将按正的方向进行;反过来,如果A是负的,将反应将按相反方向进行。热力学亲和力的特殊性是区分了两个世界的问题,这两个世界就是动力学定律的合法和冷漠的世界与化学反应所从属的自发活性和生产活性的世界。
Nernst通过相切假设证明了热力学第三定律,但是他并没有说如何达到(T = 0, S = 0)的最终状态。只要假设绝对零度是一种特殊的平衡态(一种可以无限逼进却无法到达的平衡状态),热力学第三定律还有第三种表述方式,Maxwell妖精通过互相感应减少系统的熵,当趋于绝对零度时,信息的负熵Rln(2)逐渐抵消混合熵Rln(2),负熵抵消正熵的过程可以无限逼进绝对零度时的绝对熵(S =0),但永远无法到达。系统的熵随绝对温度趋于零,这是Nernst定理的另一种表述方式。
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只看该作者 107楼 发表于: 2017-11-29  粉丝: 4   好友:3
六角晶相
碟状相A与超导体相之间存在一有趣的相似。它由W. McMillan发现。我们知道II型超导体放入磁场中,会形成量子化的涡旋场。当我们把空间螺旋性溶剂加入到碟状相A液晶,就会看到相似的现象。空间螺旋性溶剂在这里扮演了重要角色。如1988年Lubensky预测,实例中发现了碟状相液晶中会形成螺旋位错,这就是所谓A*相。一年之后,Pindak和他的合作者通过实验发现了这个现象。A*相又称为六角液晶相。1978年Birgeneau与Lister提出一种模型,认为有些近晶相实际上是三维的键向序有序相。每一独立层作为二维系统只有准长程的键向序,但层与层间的微弱耦合即足以驱使准长程序转变为真正长程的键向序。因此,在三维堆垛的六角液晶相中,人们期待着出现长程的键向序和短程的位置序,位置关联函数是exp(-|r|/ξ),这就是说,位置关联函数随距离指数衰减,而键向关联函数在长距离上保持有限值。铜氧化物超导体和铁基超导体的磁通涡旋中心态随偏离中心距离r的衰减也符合这个位置关联函数。
一般说来,如果材料对磁通涡旋的钉扎作用较弱,磁通涡旋将在空间排列成规则的六角晶格结构,这在二硒化铌中已经清晰地观测到。六角相很像苯环,与“薛定锷蛋”理论有联系。
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只看该作者 108楼 发表于: 2017-12-02  粉丝: 4   好友:3
半个磁通
崔章琪和Kirtley首先进行了自发量子化磁通的测量。他们在具有三种不同取向的孪晶晶体上外延生长了钇钡铜氧高温超导薄膜,并进一步在晶面上刻蚀出了四个Josephson环。由于晶轴的取向不同,不同晶界上超导的相位差是不同的,中间的环跨过了三个晶界,d波超导体的超导相位在这个环中绕环一周正好改变一个π,因此是一个π环。其他三个环,不存在自发产生的磁通。Kirtley和崔章琪用扫描SQUID测量了这四个环中的磁通。在没有外加磁场的情况下,他们发现通过中间的三结环中的磁通量在实验误差范围内正好等于半个量子化的磁通(Φ/2),而外面的三个环中的磁通为零。结果和d波超导体的理论预言完全一致。他们还通过改变这种三晶结构中的晶轴取向,系统研究了不同条件下自发磁通出现的可能性及大小,其结果都是支持d波超导对称性的。
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只看该作者 109楼 发表于: 2017-12-05  粉丝: 4   好友:3
相位刚度
超流密度随温度的变化关系,反映了超导体中准粒子激发的信息,不同对称性的超导体中超流密度随温度的变化关系是不一样的。超流密度是超导体的一个基本物理量,是描述电子形成配对并发生相位相干的一个重要尺度。超流密度在非超导相为零,而在超导相中不为零,因此可被用来定义超导的序参数。在超导理论中,通常电子配对的能隙被认为是超导的序参量,这是不严格的,只是在超导涨落很弱时才成立。当超导相位涨落很强时,电子配对但不一定能形成长程相干的超导序,因此能隙不是一个严格的超导序参量。长程的相位相干是形成超导的一个基本条件。超流密度越大,由相位涨落破坏超导所需的能量越高,相位相干性就越稳定,因此超流密度有时也称之为相位刚度。
Emery和Kivelson提出,超导能隙Δ和相位刚度(phase stiffness)是决定超导序的两个重要能量尺度,前者代表了电子形成Cooper对束缚态的能力,后者代表了超导态承载超流的能力。在常规超导体中,超流密度很大,即相位刚度很大,超导转变温度只决定于超导配对形成的温度,在超导Cooper对形成的同时即建立了Cooper对之间的相位关联。而在高温超导体中,超流密度很低,相应的相位刚度也低。Kivelson和Emery给出了二维超导系统中超导相位相干消失的温度:θ温度~超流密度d/m*,这里d是层间距离, m*为Cooper对的有效质量。θ温度定量地代表了相位刚度,在欠掺杂区域的超导转变温度与掺杂浓度成正比。
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只看该作者 110楼 发表于: 2017-12-10  粉丝: 4   好友:3
最小作用量原理
分子中原子间距离和力常数也不是相当于某单一结构的数值,而是对应于在这些结构间共振的情况。这些结构具有方向彼此相反的电偶极矩,它们之间相互对消,因而这个分子的电偶极矩不大而接近于零;微波测量的实验值是0.166±0.002D,但电矩的方向则没有定出来。与互变现象作比较,电偶极矩的数值对共振的含义提供了一个很好的说明。电偶极矩的消失有可能是“薛定锷蛋”和薛定锷波的对偶性造成的,实施了一个双重对偶变换后,Laplace矢量就和电偶极矩是等价的,最小作用量原理此时就变成了使电偶极矩尽量小的原理,这是从四维SO(4)投影到三维空间的一个结果。
如果一氧化二氮气体是A、B、C三种分子的互变异构混合物,则因每类分子都有较高的偶极矩,对气体的介电常数将作出较大的贡献,所以气体的介电常数应该是很大的。但是这些结构间共振的频率极大,一般有和电子频率差不多的数量级,所以原子核没有时间在分子内的电子已经经历全部周相变化之前来得及对外加电场取向并对介质的介电常数作出它的贡献,结果是平均电矩就非常的小。
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只看该作者 111楼 发表于: 2017-12-15  粉丝: 4   好友:3
对偶条件
以半导体-金属相变为例,半导体中有一个能隙,可是半导体的能隙和超导能隙是对立的,半导体的能隙是不利于通常的导电性的,是“薛定锷蛋”将这两个对立面变成了一个统一体。两个能隙之间存在一个折中,最佳浓度或者最佳高压对应于最大超导转变温度,过了这个临界点,继续增加浓度或者增加压力反而会使超导转变温度下降。20世纪60年代以后,高压领域的研究得到迅速发展。20世纪80年代处,Wittig从实验上报道了镧、钇、钪的超导转变温度随压强变化的数据,发现它们在这方面的行为相似。镧、钇、钪的电子组态相似,有两个s电子和一个d电子,符合“薛定锷蛋”和薛定锷波的对偶性条件。镥在约60千巴下开始出现超导电性,镥的4f子壳层充满、外加两个s电子和一个d电子,电子组态也和镧、钇、钪相似,钪在约2百千巴压强下也出现了超导电性。
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只看该作者 112楼 发表于: 2017-12-20  粉丝: 4   好友:3
超流速度
要全面研究和分析d波超导体混合态中准粒子激发的性质是很困难的。要从微观理论出发来研究磁通涡旋线及其准粒子激发的微观结构,不可避免就要采取一些近似。超流速度
v = (ћ∇φ/2 -eA/c)。在讨论混合态的准粒子物理性质时,一个常用的近似就是把超流速度作为一个速度场而不是动力学变量处理。这个近似通常称之为半经典近似。在这种近似下,混合态哈密顿量的求解相对变得简单,可以得到一些近似的解析公式。当系统的超流速度不随空间位置变化时,Doppler移动的表达式ћv•k是严格的。这种移动是超流的存在,Cooper对的质心动量不为零导致的。对d波超导体,Doppler移动对能隙节点附近准粒子的能谱结构会有很大影响,会将准粒子的有效费米能级抬高。移动后在费米能级上的准粒子激发不再只是一个点,而是一个有限的区域,对应的零能激发的态密度不再是零,而是一个与Doppler移动成正比的常数。半经典近似下,混合态中超流速度v可通过超流密度和磁场的经典电磁场方程(含涡旋芯的London方程)确定。
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只看该作者 113楼 发表于: 2017-12-21  粉丝: 4   好友:3
密度涨落
L. S. Ornstein和F. Zernicke在1914年研究了临界点附近的密度涨落问题。由于涨落,高温相中局域的序参量可以和平衡态的零值发生偏离,体系形成了局域有序化,即使在高对称相,在尺寸相当于相关长度ξ量级的局部区域即是如此。涨落和关联应该是“薛定锷蛋”的一种效应,由|薛定锷鸡>→|薛定锷蛋>→|薛定锷鸡> 的跃迁考虑了涨落,同时形成了短程关联。在相变温度附近,序参量涨落的关联长度ξ与静态极化率均趋于无限大,这将导致Landau理论的失效。由“薛定锷蛋”产生的短程关联凝聚成长程关联的过程类似于几何相变,就与重正化群有联系。当温度降低时,自旋间关联的半径逐渐增大。逼近相变点,有利于新相的关联很大,以致系统中局部地出现具有新相特点的集团,它们没有明确的位置和边界,而是时隐时现、互相嵌套。在临界温度时,关联长度趋于无穷,于是某种取向的集团连成一片,形成新相。“薛定锷蛋”理论可以解决相变理论中的几个困惑,为何重正化群D= 4、ε =1的展开是最符合实验事实的,那是由四维的量子空间投影到三维空间的结果。中心峰也是“薛定锷蛋”导致的向前散射增大引起的。
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只看该作者 114楼 发表于: 2017-12-23  粉丝: 4   好友:3
失守
在立方体心排列(A2)中,每个原子有八个近邻原子,另有六个距离为a因而较大15%的近邻原子。观察到的值支持这样的看法,即在这些金属的结构中,每个原子与其近邻原子之间形成了八个强的键和六个弱些的键。从金属元素晶体的结构中可以看到,碱金属、钡、第五族金属和第六族金属,均优先采用A2结构;同样也观察到,钛、锆、铁和铊也各有一种同素异形体采用A2结构。对金属元素选用A2结构的决定因素迄今为止尚不了解。选用立方体心结构或许与由|薛定锷鸡>→|薛定锷蛋>→|薛定锷鸡> 的跃迁产生的d电子之间关联有关,不管结构和关联之间谁是因、谁是果,或者是互为因果。对过渡元素超导的解释被认为是BCS理论的最大成功,是BCS理论的大本营,没有“薛定锷蛋”理论的支持,恐怕BCS理论连这个老巢都要失守。仔细分析一下,就知道严格说来,这些金属元素超导体中都出现了BCS理论没有解释的特征。
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赝能隙
在动量空间中,超导能隙在Brillouin区(0, 0)至(π, π)方向(即节点方向)为零,而在(0, 0)至(π, 0)方向(即反节点方向)为最大。另外,在高于超导临界温度的正常态,欠掺杂和最佳掺杂的高温超导体在正常态出现赝能隙。赝能隙开始出现的温度一般由T*标记。在角分辨光电子谱(ARPES)中,这一赝能隙表现为在Brillouin区边界(π, 0)点附近部分态密度的丢失,从而使得观察到的样品的Fermi面表现为一些不连续的Fermi弧(或口袋)。赝能隙的本质以及它和高温超导的关系一直是人们争论的一个焦点,而这一问题的解决也被认为对揭示高温超导的起源将起关键作用。我们认为,赝能隙显然是“薛定锷蛋”的配对态产生的。
南部阳一郎指出Bogoliubov-Valatin方程和手征Dirac方程是同构的。由|薛定锷鸡>→|薛定锷蛋>→|薛定锷鸡> 的跃迁加上由|薛定锷鸡>←|薛定锷蛋>←|薛定锷鸡>的反向跃迁在局部又是和手征Dirac方程是同构的,从而产生一个能隙,但这是实空间配对产生的赝能隙,相当于做了一个由“薛定锷鸡”到“薛定锷蛋”的对偶变换。超导能隙的节点是由薛定锷波和“薛定锷蛋”的对偶性产生的织构现象引起的。
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两带系统
电子型掺杂高温超导体的一个共同特点就是超流密度在超导转变温度附近随温度T正曲率变化的,这种正曲率变化温度区间在欠掺杂区间小一些,但在过掺杂区间非常宽,很显然不是超导涨落导致的。这种正曲率超流密度的出现,是一个弱耦合两带系统的典型特征,而单带超导体的超流密度随温度变化的曲率在超导转变温度之下总是负的。因此,不同于绝大多数空穴型高温超导体,电子型掺杂高温超导体是一个弱耦合的两带超导系统。除了超流密度实验之外,还有许多其他实验结果也支持电子型掺杂高温超导体为弱耦合的两带系统的结论。其中最直接的是角分辨光电子谱实验。
在钕铈铜氧(NCCO)超导体中,实验发现掺杂很少时,掺杂电子首先出现在Brillouin区(π, 0)附近,并在(π, 0)附近形成一个小的Fermi面,而在空穴型超导体中,掺杂空穴的Fermi面首先是出现在(π/2, π/2)附近。电子与空穴型掺杂超导体起始Fermi面出现的动量不同是电子的次近邻跃迁矩阵元t'符号相反造成的,这可能是“薛定锷蛋”产生的一种效应,次近邻跃迁项t'是破坏电子-空穴对称的。但随着掺杂电子的进一步增加,另一个小Fermi面开始在(π/2, π/2)附近出现,同时系统出现超导,显现出与空穴型超导体的某些相似性,说明与空穴型超导体一样,超导的出现是与在(π/2, π/2)附近的费米面的产生联系在一起的。
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符号改变
由于铁基超导体是多轨道系统,第一性原理的计算给出了铁磷族化合物的能带结构,可以看出,其Fermi面主要由位于简约Brillouin区的Γ点空穴型和位于M点电子型Fermi面组成。由于同时存在电子型和空穴型的Fermi面,通过电子口袋与空穴口袋的嵌套,简单的巡游机制可用来解释铁基超导体的磁性和超导性。嵌套可以产生(0,π)共线反铁磁序作为一种标准的自旋密度波序。共线反铁磁序已经在所有的铁磷族化合物的母相上看到。这种嵌套机制在解释自旋激发,以及由空穴或电子掺杂引起的非公度自旋涨落等磁性质时,一定程度上是成功的。然而,仅凭源自弱耦合作用的嵌套机制是不够的,因为Fermi口袋非常小,不能形成足够大的有序磁矩,故仅凭费米面附近的电子不能产生大到实验上能测量到的磁矩值。例如,对于122p型化合物,其有序磁矩大致等于自旋为1且完全有序的系统的磁矩。通过电子口袋与空穴口袋的嵌套,Mazin等人首先提出配对的对称性是符号改变的s波配对。超导的序参量在空穴型费米面和电子型Fermi面之间有符号的改变。这个改变是由于在超导态中这两个Fermi面上的Cooper对之间的相互作用是由排斥作用引起的。因此如果超导主要是由于这两个Fermi面的相互作用引发,符号改变能够让超导态的能量更低。这个理论同时假定了电子型Fermi面之间的相互作用不重要。
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Raman连续谱
Raman散射中相互作用的哈密顿量也是与A•p + p•A成正比,不过现在用的是二阶量。这种情况下的非弹性散射是导带电子激发引起的,在所有情况下都必须满足选择定则。由于晶体响应的张量特性,各向异性晶体需要进行更多的测量来得到全部的Raman张量项。电子Raman散射谱中的一个主要的尚未解决的问题是在Raman谱中(除了低频端几个离散的声子谱外),无特征峰的很强的背景谱。它们出现在所有铜氧化物的Raman谱中、在所有的散射几何中、在各个掺杂浓度区域中,从反铁磁绝缘体直到过掺杂的非超导浓度区,都能观察到。这个连续谱覆盖了很宽的频率区,从0一直延续到1.25eV(10000/cm)。在钇系样品系列中,这个连续谱作为掺杂浓度的函数,总背景强度呈现出仅有很小的变化。随温度的变化,在低温端未显现按Bose因子给出的标度行为,似乎是被反常的“冻结”,呈现出能隙状的跌落,表现出电子Raman散射的特征。高温超导氧化物的Raman光谱的另一个重要特征是某些声子峰谱线的不对称Fano线形,它们被认为是分立的声子谱线与连续电子背景谱强耦合的结果。我们认为,背景谱有可能是“薛定锷蛋”产生的电子关联效应导致的,关联效应的局域性和无序性都比较强,可能产生背景谱。另一方面,“薛定锷蛋”理论可以处理分立谱和连续谱混杂在一起的情况,转变温度附近的光谱是由几个声子峰和一个电子激发连续谱组成,不对称的Fano线形是由声子间相互作用得到,连续谱是由相同对称电子的激发得到的。
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难题
对于高温超导物理机制这一跨世纪难题,超冷原子气体的实验和理论进展出乎意料地提供了探索高温超导物理机制的有重大潜在价值的新方法。01年的诺贝尔奖就授予了实现Bose凝聚气体的Cornell、Wieman和Ketterle。实现Bose凝聚气体以后,人们就开始关注超冷Fermi气体的基本性质,Jin实验组首先在1999年将Fermi锂原子气体冷却到了简并温度以下。1999年以后通过磁场Feshbach共振改变原子间相互作用以及在超冷原子气体中施加光晶格完全改变了超冷Fermi气体的研究面貌。对于处在不同内部态的费米原子,人们发现通过施加不同的均匀磁场,在Feshbach共振磁场附近可以通过改变磁场强度任意调节Fermi原子间的相互作用。描述相互作用的散射强度既可为负、也可为正,甚至其绝对值可以远远大于原子间的平均距离。在散射强度为正的一边,Fermi原子可以配对为弱束缚的分子,从而形成分子Bose凝聚气体。在散射长度为负的一边,Fermi原子形成弱束缚的原子Cooper对,从而形成费米凝聚体。在远低于Fermi简并温度以下,人们已经成功观测到了分子Bose凝聚气体,并在绝热改变磁场强度下观察到了费米凝聚体到分子Bose-爱因斯坦凝聚体的转变(即BCS-BEC转变)。
甚至在稀薄气体情况下,原子间的相互作用和临近格子间隧穿的竞争也使得超冷原子气体成为一个典型的强关联体系。人们可以通过干涉条纹等信息直接研究超流到Mott绝缘态的量子相变等重要物理现象。Bloch实验组就Bose气体成功在三维光晶格中观察到了这一量子相变。06年,Ketterle实验组通过释放光晶格后量子气体干涉条纹的观察给出了光晶格中两组分超冷Fermi气体在原子配对后集体效应导致的超流行为。该先驱性实验表明光晶格中的超冷Fermi气体很有可能模拟奥妙无穷的高温超导体。