如何理解超導中的s波、d波和p波對稱性?

搭車想問有關於不同波配對下的能隙對動量的依賴是怎麼得出的。

有沒有比較簡單的物理圖像?或者可以推薦一些比較好的Review和paper。Many thanks !


超導里,費米面附近的電子配對形成庫伯對。對於兩個電子形成的系統,我們要求整體波函數是全反對稱的。電子的波函數包含空間波函數和自旋波函數。如果不考慮自旋軌道耦合,這兩部分波函數可以直積分開,此時自旋也是個好量子數。對於兩個自旋組成的系統,可以形成反對稱的自旋單態和對稱的自旋三態。由於整體的波函數對稱性是空間波函數對稱性乘上自旋波函數的對稱性,所以自旋單態要求空間波函數是對稱的,自旋三態要求空間波函數是反對稱的。對於兩個電子的系統,我們可以取一個電子為靜止的坐標系,看另一個電子的運動。對於具有旋轉對稱性(其實應該考慮晶格對稱性)的系統,空間波函數可以根據體系的角動量來分類,其中具有偶數角動量的空間波函數是對稱的,對於具奇數角動量的空間波函數是反對稱的。類比氫原子能級,角動量為0/2的波函數稱為s/d波,角動量為1/3的波函數稱為p/f波。

傳統的BCS超導體,自旋波函數是反對稱的自旋單態,空間波函數是對稱的角動量為0的態(各向同性),稱為s波超導體。


s、p、d等等本來都是代指電子軌道的角量子數,在這裡它代表庫伯對的角量子數。在超導體中,電子通過某種機理配成庫伯對。每個庫伯對由兩個電子構成,可以粗糙理解成一個沒有質量的桿兩端連著兩個小球,那麼這個啞鈴形狀的東西的角動量,在量子化之後,就是分立的0, 1, 2...(單位是hbar),對應的是s、p、d波配對。這裡面暗含了一個假設,就是系統是有完整的旋轉對稱性的,而在一般的晶體中這個對稱性被下降到晶體的點群對稱性。這種時候嚴格來說,應該是用點群的不可約表示來標註,有些人會忽略這一點。


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