强耦合超导体

强耦合超导体BCS的Tc公式中当N(0)V>0.30时误差增大较迅速 。一般地,定义λ=N(0)V>1的超导体为强耦合超导体,即体现着电子-声子的互作用强度是强的,按BCS理论对弱耦合超导体给出2Δ(0)/kBTc≈3.53,但如对Pb和Hg则并不符合,它们分别为4.3和4.6,主要它们属于强耦合超导体 。
【强耦合超导体】强耦合超导体(strong-couplingsuperconductors)电子间动力学关联强的超导体 。J.巴丁、L.N.库珀和J.R.施里弗的超导微观理论(BCS理论),儘管能相当好地解释超导体的各种特性,但是也存在可以觉察到的理论计算和实验测量结果之间的差异 。这种差异在某些超导体特别显着,其中有代表性的是铅和汞这两个元素 。
基本介绍中文名:强耦合超导体
外文名:strongly coupled superconductors
简介BCS的Tc公式中当N(0)V>0.30时误差增大较迅速 。一般地,定义λ=N(0)V>1的超导体为强耦合超导体,即体现着电子-声子的互作用强度是强的,按BCS理论对弱耦合超导体给出2Δ(0)/kBTc≈3.53,但如对Pb和Hg则并不符合,它们分别为4.3和4.6,主要它们属于强耦合超导体 。原因原因主要是两个方面 。① BCS理论中对于电子的状态的描述使用了準粒子的图像(见固体中的元激发) 。每个电子具有由其能量和动量来表征的準粒子态 。假如,电子之间的耦合(特别是通过点阵振动──声子──而发生的耦合)很强,则準粒子的图像会失效 。这时,当我们提到一个电子的能量时,其中很主要的部分来自与其他电子的相互作用,实际上是相互作用着的许多电子所公有的能量中的一部分 。当这一部分暂时地集中在一个电子上时,任何其他电子的运动都会影响这个能量的大小,通过相互作用,这部分能量会很快地转移或分散于其他电子 。所以在耦合强的情形,準粒子态只能短时间存在,而按测不準关係,在这种情形,也就说不上什幺"準粒子态"了 。②超导电性的起因是电子间通过交换声子而发生的吸引作用 。在BCS理论中,把这种吸引作用看作是瞬时发生的,没有考虑到电子间交换声子有时间上的推迟 。此外,在BCS理论中只计入了一个个库珀对之间的有效吸引能,而忽略了电子-声子相互作用的所有其他贡献 。对于BCS理论的上述缺点加以改进,需要直接从电子-声子相互作用模型来建立超导理论, 而不是像BCS理论那样用一个等效而简化的电子直接相互作用的模型来代替它 。为此,需要利用标準的量子场论的工具 。这样的超导理论,便是强耦合理论 。在建立强耦合理论的基本方程时, Α.Б.米格达尔关于电子-声子相互作用的定理起了重要的作用,它使得基本方程能够闭合起来,成为自洽的联立积分方程组 。这个方程组是由Γ.М.埃利阿斯贝格和南部阳一郎最先得到的 。米格达尔定理实质上是玻恩-奥本海默近似 。所以强耦合超导理论的精确度是(m/M),这里m是电子的质量,M是原子的质量 。对于铝,这个比值大约是百分之零点五,对于铅和汞,不到百分之零点二 。实际上,强耦合理论与实验相比较,其差别可小于百分之一,比BCS理论有了很大的改进 。在图1中,标有Pb的曲线附近的5个点子是按照强耦合理论,根据铅的参量(声子谱)计算得到的 。对于铅和汞,理论的2墹(0)/nBT值分别是4.33和4.8 。图3是超导态电子态密度的理论曲线与实验曲线的比较,理论曲线是用简化的铅的声子谱得到的 。按照强耦合理论,主要决定超导体性质的是有效声子谱,或埃利阿斯贝格函式α(w)F(w),其中Fw)是声子态密度,而α(w)是频率为w