期中论文超导现象.doc

学号:111060007姓名:郑雄心摘要:本文主要介绍了巴丁()、库珀()和施里弗()三人于1957年创立的关于常规超导的BCS理论,同时介绍了该理论之前的一些历史背景。并在此理论基础及实验基础上从量子力学角度分析了BCS理论的实质问题。关键词:超导电性、BCS理论、同位素效应,能隙;引言:BCS理论是解释常规超导体的超导电性微观理论。超导电性即某些金属或氧化物在极低的温度下,其电阻会完全消失,电流可以在其间无损耗的流动。超导现象最早由昂尼斯于1911年在研究在极低温度下金属电阻随温度变化规律时发现的。在此后的46年中,人们对于超导现象累积了大量的实验基础,理论基础。其中伦敦的唯象理论和金兹堡-朗道唯象理论在一定程度上可以解释超导体的宏观电磁性质,但对于超导电性的微观机制则直到1957年才有了一个比较令人信服的解释。BCS理论把超导现象看做一种宏观量子效应。它指出,金属中自旋和动量相反的电子可以形成所谓的“库珀对”,库珀对在晶格中可以无损耗的运动,形成超导电流。在BCS理论提出的同时,波戈留波夫(Bogoliubov)也独立的提出了超导电性的量子力学解释,它使用的波戈留波夫变换至今为人所常用。我们知道,电子间由于库仑力的存在使电子间的直接作用是相互排斥的库伦力,无法形成电子配对。因此,可以想见电子间还存在以晶格振动(声子)为媒介的间接相互作用,而这种相互作用是相互吸引的。正是这种吸引作用导致库珀对的产生。从而超导机理可以解释为:电子在晶格中移动时会吸引自旋相反的电子,和原来的电子以一定的结合能相结合配对,在很低的温度下,这个结合能高于晶格原子振动的能量,这样,电子对将不会和晶格发生能量交换,也就没有电阻,形成“超导”。一,Before19571933年迈斯纳和奥森菲尔德发现超导体具有完全抗磁性,即当材料处于超导态时,随着进入超导体内部的深度增加磁场迅速减小,磁场只能存在于对超导体表面一定厚度的薄层内。在此之前,人们一直把超导体视为理想导体。这一发现表明,超导体具有零电阻和完全抗磁性。迈斯纳效应还表明超导态是一种热力学状态,可以用一些热力学的研究方法进行研究。不久之后(1935年),伦敦兄弟基于经典电动力学提出了唯象理论,得到了伦敦第一,第二方程,他们同麦克斯韦方程组一起构成了超导电动力学基础,并预言只有在超导体的表面附近约10^-6cm的薄层内有不为零的磁场,称为穿透层,λ称为穿透深度。但是该理论是将完全抗磁性作为假设得到的结论,虽然预言了穿透深度的存在,但实际穿透深度比λL大好几倍,并随着电子平均自由程减小而增大。皮帕德于1953年引入相干长度概念,提出了对伦敦理论的非局域修正。皮帕德理论最重要的贡献是引入了非局域的概念。即超导体中超导电子之间是相干的,其相干范围是p,这说明超导序参量ω是渐变的,而不是从内部一直延伸到超导表面。在离表面λ的范围内,磁场的穿透导致该区域为正常区,也就是伦敦理论中的抗磁能减少区。在离表面p的范围内虽然无超导范围的正常区但它不为磁场所穿透。皮帕德的理论的成功之处是指出界面能既可为正也可为负,解决了伦敦理论得到的界面能只能为负,从而推导出必须无限分层的不合理结论的问题。他的不足之处是在于不能解释λ与外加磁场H有关。虽然在三十年代有关超导微观理论的发展条件不足