超导微观机制VIP专享VIP免费

超导微观机制 经典理论对超导电性产生的原因无法解释。在量子论建立不久，F.伦敦就指出，超导环内的磁通是量子化的。因此，超导电性是宏观世界的量子现象。1962 年，实验证实磁通是量子化的。 同位素效应 所谓同位素效应是指超导体的临界温度依赖于同位素质量的现象。1950 年英国 H.弗罗利希指出，金属中电子通过交换声子（点阵振动）可以产生吸引作用。他预言超导体的临界温度与同位素的质量之间存在一定的关系。所谓“临界温度”，就是导体从正常导电状态变为超导电状态时的转变温度。果然，弗罗里希的预言得到了实验的证实。 1950 年麦克斯韦（E.Maxwell）和雷诺（C.A.Rayhold）各自独立圣测量了水银同位素的临界转变温度。 实验发现：TC∝М-1/2,其中 М 为同位素质量。 同位素效应把晶格振动（其量子称为声子）与电子联系起来了，它告诉人们电子 -声子的相互作用与超导电性密切相关。 弗罗利希经过分析后认为，同位素之间的电子分布状态是相同的，而原子质量是不同的，那么，超导电性会不会与晶格原子的性质有关呢？也许，超导的出现（即电阻的消失）是由于电子和晶格原子的相互作用才产生的吧！那么，电子和晶格原子是怎样互相作用的呢？弗罗里希对这一问题一筹莫展，无能为力。 p2 p1′vfyp p1 p2′ q 2Δ 占满 空带 EF 占满 能隙 空带 EF T=0K 下的正常态和超导态电子能谱 超导能隙（energy gap of superconductors） 实验证明，超导态的电子能谱与正常态不同，在费密能 EF（最低激发态与基态之间）附近出现了一个半宽度为 Δ 能量间隙。Δ≈10-3~10-4eV。如上图 拆散一个电子对（库珀对）产生两个单电子至少需要能隙宽度 2Δ 的能量。热运动可以拆散电子对产生单电子。能隙的存在使得在温度 T 远低于临界温度 Tc 时,超导体中单电子（正常电子）的数目按 exp(-2Δ/kT)变化。这就导致超导体的电子比热容和热导率按温度指数规律变化。当电磁波（微波或远红外线）的频率足够高(hν≥2Δ)时，同样可以激发出单电子。此时超导体会强烈地吸收电磁波。在以超导体为一个电极的隧道结中，当结电压足够高(V≥Δ/ｅ)时,大量的电子对被拆散,形成单电子参与隧道过程,使隧道电流在 V=Δ/ｅ处突然上升,若隧道结的两个电极都是超导体,能隙为 Δ1、Δ2,则在 V＝(Δ1+Δ2)/ｅ处突然上升。这些现象都证明能隙的存在，并可用来测定能隙值 2Δ。 库珀电子对 1956 年，L.N.库珀（L.N.Cooper）从理论上证明了...