電聲子相互作用在超導機理的研究中扮演了怎樣的角色?(尤其是非常規超導體)
首先,聲子的能標比起庫侖相互作用能標(無論是較為擴展的價電子排斥能標,還是較為局域的電子排斥能標,即在位庫侖能)小的太多了。
那麼為什麼常規超導體要考慮這種相互作用呢?
常規超導體中,電聲機制的引入是由於空間有比較好的平移對稱性,存在比較好的准粒子結構。在這種情況下電子電子本身的相互作用可以直接重整化到電子型激發的准粒子的參數里。所以BCS談的電聲機制都是在已經把電子電子哭論相互作用重整化後的相互作用。所以不論聲子相互作用比起電子電子庫侖相互作用有多麼小,他總是在重整化後最大的項。
那麼為什麼高溫超導(銅基)是不考慮的呢?(這裡只談銅基)
高溫超導是在正方晶格反鐵磁基態的基礎上大量摻雜(以空穴為例),才出現的。本來在這個體系中,能標最高的是在位庫侖能。這說明,雙電子佔據能量代價十分高,零溫基態是基本禁絕的。除此之外,經過雙電子佔據虛過程的電子到其他空穴位置躍遷過程概率降低,條件加強(一個電子佔據原子兩邊產生從電子到其他空穴位置躍遷的條件是,這個原子至少有一個近鄰是空穴)。但是電子到其他空穴位置的躍遷卻很容易。這樣,可以想像電子激發很容易被前面一個單電子佔據的原子阻擋,使得准粒子壽命減短到完全打亂了原來的准粒子結構。這時長壽命的元激發都很難找到,聲子傳播是需要時間的,在聲子還沒有來得及聯繫兩個元激發的時候,元激發就消失了,這還怎麼配對啊?雖然BCS把聲子的等效作用通常當成局域的點作用,但是電子的准激發壽命也要求足夠長到能和另一個電子在同一點發生作用。
對於銅基超導體,普遍認為t-J模型應該作為第一性的模型描述,但是t-J模型很難解(數值上很難解,解析上更是難解)。大家還在努力尋找t-J模型的基態和元激發。除非找到長壽命的元激發,人們才會繼續考慮聲子的影響。除非考慮聲子的影響會引起對稱性自發破缺或其他類似相變的物理,人們才會關心聲子的影響。半年後再回答不算什麼吧。我才註冊不久呢。
晶格變形使得電子被晶格吸引。這是BCS理論刻意描畫的。是在轉移注意力,完成變魔術的技法。
我們要義正辭嚴地指出,所有學習固體物理的朋友都不能否認,原始能帶理論里,理論模型不變形的晶格也吸引電子。換句話說,相比較(理論模型)不變形的晶格吸引電子,變形的晶格提供更多份額。份額包括吸引力和能隙大小。BCS理論認為,因電聲子作用而成對的電子就不是滿帶電子。個人一直對此耿耿於懷,也猜測諸位同學想得和我一樣。只要能說變形的晶格吸引兩個電子形成的是庫珀對,就也能說不變形的晶格吸引兩個電子照樣形成庫珀對。後者明顯是能帶理論的滿帶電子,更沒有確切的道理能指出前者可以講特殊。變形的晶格吸引兩個電子成對也應是滿帶電子。
滿帶電子不導電才是基礎知識。成對電子不導電一點也不破壞超導態。我們的語言是,只要電子不在成對電子和單電子之間來回變換身份,就能形成超導態。
常規超導體需要用電聲子相互作用來附會庫珀對成因。高溫超導體卻不能。另外,高溫超導研究中反覆指出贗能隙,不直接導致超導的能隙,其中有一部分被確定就是電聲子產生的能隙。這已經不只一次說明電聲子作用並不是超導必須的,只是諸多能隙中的一種原因而已。
那麼回過來,BCS曾經說電聲子作用產生的庫珀對不是滿帶電子。自從有了高溫超導體後,那麼多莫名其妙的成對作用怎麼就學得了電聲子作用一樣的本領,它們的成對作用產生的電子對也不是滿帶電子了?
以上是個反問。我們建議改變視角。任何成對的電子都是滿帶的,是不導電的。導電的是互補出現的單電子。要是一個單電子都沒有,就不是超導體了,而是超絕緣體。
單電子能無阻地流動,是通過事實來證明的。只要承載電流的單電子沒有變成滿帶電子或價帶電子,就不會把能量傳遞給原子實。普通導體里隨時發生著滿帶電子和單電子互換,所以電阻不等於零。超導因各種成對作用導致滿帶電子不被熱作用拆散,而沒有滿帶電子和單電子互換,所以電阻為零。常規超導就是電聲子作用吸引導致的,BCS理論和更高級的場論已經解決了。非常規超導體,有一個定義就是非電聲子相互作用導致的超導。雖然我們還不知道主要的非常規超導(銅基鐵基etc)具體機制是什麼(或者統一的結論),但是基本排除電聲子是主導。
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