超流与超导现象 (1908年?发现)当温度接近于绝对零度时,几乎所有的物质都要凝 结成固体状态,而唯独氦却仍然保持其液体状态。通常液体内部 存在内摩擦力粘滞力。可是,当温度低于27K时,液态氦却完 全丧失了这种粘滞性。液态氦的这种性质称为超流性。(低温下 液氦还存在超导的特性) (1911年发现)许多金属,半导体,合金低温下具有超导性质: a)超导性:每一种物质都有一个临界温度(相变温度)T 当T>T入电阻率p<T5, 当T<T入,p~0,即电阻几乎为0存在永久性电流。 (实验上表明其中环形电流持续两年而无衰减的迹象) b)当T=T时,正常相→超导相的转变为二级相变 两种相的热力学势相等Gn(HT)=GS(HT 但无潜热,比热有跃变 c)超导体的完全抗磁性— Meissner效应
超流与超导现象 (1908年?发现)当温度接近于绝对零度时，几乎所有的物质都要凝 结成固体状态，而唯独氦却仍然保持其液体状态。通常液体内部 存在内摩擦力—粘滞力。可是，当温度低于2.7K时，液态氦却完 全丧失了这种粘滞性。液态氦的这种性质称为超流性。 (低温下 液氦还存在超导的特性) (1911年发现)许多金属，半导体，合金低温下具有超导性质: a） 超导性: 每一种物质都有一个临界温度(相变温度) Tλ。 当 T> Tλ，电阻率ρ<T5 ， 当 T < Tλ ，ρ～0，即电阻几乎为0,存在永久性电流。 (实验上表明:其中环形电流持续两年而无衰减的迹象) b)当T= Tλ 时，正常相 → 超导相的转变为二级相变 两种相的热力学势相等 Gn(H.T)=Gs(H.T) 但无潜热，比热有跃变 c)超导体的完全抗磁性 —— Meissnel效应
晶格点阵中自由电子与离子间的相互作用 电子A的库仑吸引作用使离子的振动状态变化,这种改变影响另 邻近电子B的运动这导致了电子A同电子B之间的间接相互 作用剩余的库仑相互作用。这种剩余相互作用能量大小只有 104eV 电子B 交换声子 离子振动 状态变化 格点正离子 电子A 交换声子
晶格点阵中自由电子与离子间的相互作用 格点正离子 电子A 交换声子 电子B 离子振动 状态变化 交换声子 电子A的库仑吸引作用使离子的振动状态变化，这种改变影响另 一邻近电子B的运动,这导致了电子A同电子B之间的间接相互 作用—剩余的库仑相互作用。这种剩余相互作用能量大小只有 10-4 eV
电子 Cooper对 通过(以格点离子为枢纽)两次交换声子的二级过程,在 格点离子附近的两个电子间接地呈现了相互作用 在接近绝对零度环境下,当电子的热运动能量(kT远低 于等离子体(电子)振荡能量(En)时,两个电子之间的这 种间接相互作用呈现出吸引。 这种吸引作用导致在动量空间中,在费米能级附近、动 量大小相等、方向相反的两个电子会结合成一个“小家 庭”,称为 Cooper对。形成 Cooper对的吸引相互作用正是 由于上述库仑相互作用的剩余作用造成的。电子 Cooper 的结合能(对能) (电子超导能隙)Δ≈104ev
电子Cooper对 通过(以格点离子为枢纽)两次交换声子的二级过程，在 格点离子附近的两个电子间接地呈现了相互作用。 在接近绝对零度环境下，当电子的热运动能量(kT)远低 于等离子体(电子)振荡能量(Epe)时，两个电子之间的这 种间接相互作用呈现出吸引。 这种吸引作用导致在动量空间中，在费米能级附近、动 量大小相等、方向相反的两个电子会结合成一个 “小家 庭” ,称为Cooper对。形成Cooper对的吸引相互作用正是 由于上述库仑相互作用的剩余作用造成的。电子Cooper 的结合能(对能) — (电子超导能隙) Δ ≈ 10-4 eV
正常Ferm粒能级占据图 超流超导 fermi粒子能级占据图 E=EF E=EE KT 当T<I=△/k时 能级图 系统处于超导 (或超流)状态 T:相变温度 E=0
能级图 E=0 E=EF 正常Fermi粒能级占据图 超流超导Fermi粒子能级占据图 Δ E=EF kT 当 T <Tλ =Δ/k 时, 系统处于超导 (或超流)状态 Tλ : 相变温度
中子 Cooper对 中子星内部:p=101~1015克/厘米3 中子(质子、电子)都处于高度简并状态 EF(n)≈60MeV 而中子星内部即使5×108的高温,中子平均的热运动能 kT≈0.05MeV,kT≈(1/120)EF 中子星的密度特别高,中子之间的距离约1fm时,中子之间就会 产生很强的核力相互作用(吸引力)。由于这种核力作用,使得费米 能级附近的、动量大小相等、方向相反的中子稳定地结合在一起 中子 Cooper对 Δ≈1MeV(坤中子S0对能随密度变化而显著变化) 由于kT<<Δ中子星内部呈现中子超流现象。 所有的中子 Cooper对可以全部处于最低能量状态 爱因斯坦凝聚现象。 Cooper:对之间彼此可看成独立的,它们没有相互作用,因而没有 察作用,呈现超流现象。若为质子则系统可能处于超导状态)
中子Cooper对 中子星内部: ρ= 1011～1015克/厘米3 中子(质子、电子)都处于高度简并状态。 EF (n) ≈ 60MeV， 而中子星内部即使 5×108 的高温，中子平均的热运动能 kT ≈ 0.05MeV， kT ≈(1/120)EF。 中子星的密度特别高，中子之间的距离约 1 fm时，中子之间就会 产生很强的核力相互作用(吸引力)。由于这种核力作用，使得费米 能级附近的、动量大小相等、方向相反的中子稳定地结合在一起 —— 中子Cooper对。 Δ ≈ 1 MeV (中子1S0 对能随密度变化而显著变化) 由于kT << Δ, 中子星内部呈现中子超流现象。 所有的中子Cooper对可以全部处于最低能量状态， —— 爱因斯坦凝聚现象。 Cooper对之间彼此可看成独立的，它们没有相互作用，因而没有 摩 察作用，呈现超流现象。 (若为质子, 则系统可能处于超导状态)