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《超越BCS》中的“超BCS”,你知道吗?

更新时间:2024-03-20 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

我原来和南京大学邵教授合作了《超导简史》系列著作,写了三篇文章:Spw物理好资源网(原物理ok网)

然后由于很多其他原因,下面就不再赘述了……Spw物理好资源网(原物理ok网)

事实上,最初构思的第四章《 BCS》的主角就是安德森。 得知老人前几天去世了,我很震惊,立刻开始悔悟。Spw物理好资源网(原物理ok网)

过者不可劝,来者可追!Spw物理好资源网(原物理ok网)

写点东西,主要是关于老安德森先生的。Spw物理好资源网(原物理ok网)

列举所有这些,安德森做出了以下重大发现:Spw物理好资源网(原物理ok网)

1.约瑟夫森效应Spw物理好资源网(原物理ok网)

在超导简史(三)中,我们提到了“约瑟夫森效应”物理学家分,它可以在没有电压的情况下产生电流。 在约瑟夫森之前,科学家们只知道电子可以“隧道”,但约瑟夫森在1962年大胆预测“库珀对”也可以隧道,反映了宏观的“超电流”现象。Spw物理好资源网(原物理ok网)

这种效应以约瑟夫森的名字命名,他因此获得了 1973 年诺贝尔物理学奖。Spw物理好资源网(原物理ok网)

第一篇声称发现“约瑟夫森效应”并进行必要实验测试的论文实际上是菲利普·安德森和约翰·罗威尔。 他们于1963年发表了论文《约瑟夫森隧道效应的可能观察》。两人申请了专利,该专利从未被执行或受到质疑。Spw物理好资源网(原物理ok网)

与坐标和动量之间的共轭关系类似,安德森还发现了相位和库珀对数量之间的共轭关系。Spw物理好资源网(原物理ok网)

近年来,“约瑟夫森效应”被应用于量子计算和磁测量。Spw物理好资源网(原物理ok网)

美国约瑟夫森结阵列芯片Spw物理好资源网(原物理ok网)

2.安德森本地化Spw物理好资源网(原物理ok网)

事实证明,当晶体的无序程度足够大时,它就会“冻结”在某些势场中。 这种“冻结”当然不是一成不变的。 这意味着电子不会像大多数人想象的那样。 系统越无序,电子就越像变成无头苍蝇,反而会变得“局域化”。Spw物理好资源网(原物理ok网)

安德森定域化是后来凝聚态物理学发展的重要基石。Spw物理好资源网(原物理ok网)

多重分形电子本征态的一个例子,原子系统中的安德森局域化转变。Spw物理好资源网(原物理ok网)

1977年,安德森和另外两位物理学家因“磁性和无序系统电子结构的基础理论研究”获得诺贝尔物理学奖。 他的理论的基石是“安德森本地化”。Spw物理好资源网(原物理ok网)

从这个基石出发,诞生了“复杂性科学”的伟大思想,我们稍后会详细阐述。Spw物理好资源网(原物理ok网)

3. 对称性破缺解释了质量的起源Spw物理好资源网(原物理ok网)

安德森于 1962 年发表了一篇关于光如何获得质量的著名论文,并且是第一个使用兰道和南阳一郎的“对称性破缺”来解释质量起源的人,甚至早于希格斯。 因此,这篇论文在粒子物理史上具有划时代的意义。Spw物理好资源网(原物理ok网)

但安德森的论文只涉及非相对论领域,后来被希格斯、本杰明·李、基布尔等人发展和完善,所以后来被称为“希格斯机制”而不是“安德森机制”。 安德森还亲眼目睹希格斯玻色子荣获 2012 年诺贝尔物理学奖。Spw物理好资源网(原物理ok网)

著名草帽:希格斯势Spw物理好资源网(原物理ok网)

4.RVB理论Spw物理好资源网(原物理ok网)

在《超导简史》(第 3 部分)中,我写道:Spw物理好资源网(原物理ok网)

BCS理论在为人类打开超导之谜的同时,似乎也为人类关闭了一扇窗。 根据BCS理论预测,最高临界温度不会超过30K,远低于液氮的温度(77K,即-196℃)。 这就像给人们泼了一盆冷水。 难道人类在面对超导现象的时候,就如同夸父追逐太阳一样吗? 无论他如何努力,都只能远远地看着它,但却永远无法触碰它,更不用说使用它的力量了?Spw物理好资源网(原物理ok网)

几十年后,物理学家终于挨了一巴掌。 1986年,IBM的Bonoz和发现掺杂镧的氧化铜的临界温度达到35K,打破了BCS理论。 的预测,使他们双双获得 1987 年诺贝尔物理学奖。Spw物理好资源网(原物理ok网)

当科学界还在消化这一神奇现象时,1987年1月,休斯顿大学的朱敬武和他的学生发现了一种超导临界温度为93K的钇钡铜氧化物材料,这简直超出了人们的想象。 想象。 它是第一个进入液氮温度(77K)的材料。 人类从超低温(液氦温度)超导时代突然进入了低温(液氦温度)超导时代。Spw物理好资源网(原物理ok网)

钇钡铜氧化物材料发明人:朱敬武。Spw物理好资源网(原物理ok网)

这时,安德森走了上前。 早在贝尔实验室,他就发明了安德森哈密顿量,它描述了过渡金属中电子的局域相互作用。 安德森将此理论应用到氧化铜晶格中,提出了共振价键理论(RVB)。 在纯氧化铜晶格中,相邻铜原子的电子相互作用形成价键,将电子锁定在适当的位置。 但如果进行掺杂,这些电子可能会形成“库珀对”,这就是宏观超导的内在机制。Spw物理好资源网(原物理ok网)

由此,我们可以清晰地看到安德森早期研究“无序”的影子。Spw物理好资源网(原物理ok网)

两个电子形成库珀对并与其他单元形成价键耦合Spw物理好资源网(原物理ok网)

2014年,瑞士洛桑联邦理工学院的科学家发现了准二维磁性材料中可以出现分数粒子的一些证据,这为RVB理论提供了支持。Spw物理好资源网(原物理ok网)

2015年论文“方形量子反铁磁体中的分数激励”Spw物理好资源网(原物理ok网)

就凭这几项重大研究(当然他还有很多其他成就,我就不一一列举了),安德森能被称为“凝聚态物质之父”吗?Spw物理好资源网(原物理ok网)

当然不是。Spw物理好资源网(原物理ok网)

我们还得依赖他的三本巨著《固体的概念》、《凝聚态物理基本概念》和《高温超导铜酸盐的超导性》吗?Spw物理好资源网(原物理ok网)

显然不是。Spw物理好资源网(原物理ok网)

安德森的三本书Spw物理好资源网(原物理ok网)

真正奠定安德森历史地位的是他在1972年发表的一篇名为《more is》(“more made a ”,或许翻译为“不同的复杂性”)更好的文章。Spw物理好资源网(原物理ok网)

这是复杂性科学领域划时代的论文,强调了两点:Spw物理好资源网(原物理ok网)

1.反思还原论的局限性Spw物理好资源网(原物理ok网)

2.科学与科学,按学科学习。 不同学科有明显的层次物理学家分,不同层次有各自的基本发展原则。Spw物理好资源网(原物理ok网)

是时候把这张图拿出来了,虽然和本文无关Spw物理好资源网(原物理ok网)

根据热力学第二定律,万物最终都会一起消亡。 世界上为何有如此多的谜团? 人们一直对层出不穷的“突现现象”非常感兴趣,但它们却始终难以捉摸。 安德森的文章意义重大,因为它为复杂性科学提供了概念性的贡献,也可以说是科学的哲学思想。 随后,大批科学家受到安德森文章的启发,投身于复杂性科学。Spw物理好资源网(原物理ok网)

就具体的发现而言,在浩瀚的宇宙面前,一位伟大物理学家的一生只是杯水车薪。 对科学研究做出巨大贡献的思想更是非凡而神圣。 从这个角度来说,安德森也算得上是物理学史上的圣人了!Spw物理好资源网(原物理ok网)

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