viewtopic.php?p=5361-室温超导你们还在关注吗#p5361
事实上,我正作为凝聚态领域的初学者,进行着超导理论的学习研究,更具体地说,关注超导态如何受到晶格点群对称性约束的问题。然而说来惭愧,我对此还没有完整的,或具有建设性的理解,因此我更多会引用别人的看法。
事情是这样的,差不多最近一周我什么都没学会,被自己菜的头晕,刷知乎看到喜欢的回答,顿悟一点点,遂分享
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如何理解超导中的 s 波、d 波和 p 波对称性?
答主Gapless的回答:
Tc就是系统从正常态进入超导态的临界温度,我们也会说这是正常相到超导相相变的临界温度。从对称性破却的角度说一下这些所谓的 spd 超导序参量的对称性是怎么来的。
正常态电子要满足对称性 G,Tc 以下的对称性 H 是 G 的子群。
$$ G= X × R × U(1) × T , \quad for \quad T>Tc$$
$$and \quad H\subset G , \quad for \quad T\le Tc $$
在T>Tc时,正常态应该具有G的对称性。但是T<=Tc时,对称性下降了(H是G的子集)。这件事情就像(球形)水滴可以任意角度旋转对称,但是水凝结成冰粒时,只有有限的旋转角度可以保持对称,因此对称性下降了。
对称性在物理学界或是一个梦幻且备受推崇的概念,早在力学类课程中,就会有人告诉你,“一个守恒量,对应一个对称性”,“守恒量是对称性的生成元”...(但我们暂不讨论这个 )
微观上看,相变本质是系统对称性(更黑话一些,我们喜欢说“序”)发生变化。
(回答接上)
这篇回答还没结束,后续解释了s,p,d波的分类,不过我只把最想分享的部分贴在这里!感兴趣请参考原帖:X 是晶体群,R 是 spin rotation,U(1)是global gauge symmetry,T 是时间反演。超导态一般就是破缺了U(1),这会导致完全抗磁性,磁通量子化,约瑟夫森效应等等。如果Tc 以下除了U(1)有更多的对称性破却了,就会有更多的新奇的超导态。
作者:Gapless
链接:https://www.zhihu.com/question/37959395 ... 3322813968
来源:知乎
(关于这篇知乎的提问,苗舰舰老师回答更加简洁清晰:https://www.zhihu.com/question/37959395/answer/74364636,s,p,d-wave,其实就是空间波函数角动量量子数=0,1,2啦。)
传统BCS超导态,正是U(1)全局规范对称性(即序参量的相位参数)发生对称性破缺导致的结果,系统自由能不再在相位变换下保持不变。
Ginzburg-Landau理论,认为能量应该对(序参量)相位的“扭转”敏感(“In Ginzburg-Landau theory,the energy is sensitive to a twist of the phase”),即自由能中,应有一项包含相位的梯度。正是Phase rigidity引起了超流。这一块可以参考洗老师的回答超导的根本原理是什么?
洗老师不是一个喜欢用对称性说话的人,但这篇回答比较清晰的阐述了相位和粒子数之间的关系——是“广义坐标”和它的“共轭动量”,正如坐标和动量的对易关系那样:
$$[\hat x,\hat p]=i\hbar$$
$$[\hat N , \hat \phi]=i$$
不过话又说回来,这和我们提到U(1)破缺并不矛盾,不如说,正是同一件事
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我想用这篇帖子说明什么?
超导实际上并不是一个普遍意义上认为的“把电阻降到零”的故事,它还包含着许多奇妙的电磁现象,背后有非常丰富的物理,相变、对称性等概念都是容易令人着迷的话题。
BCS理论成功描述了传统的常规超导,是各类凝聚态、固体物理教材中都会收录的经典理论。(BCS)超导曾被称作凝聚态领域“最容易解决的问题”。但随着非常规超导(铜酸盐高温超导,镍基高温超导,135系材料的非常规超导,拓扑超导)的研究发展,超导问题再次变得无比神秘,前路漫漫,待君探索。
这篇帖子的最后我想引用由P.Coleman撰写的著名多体物理教材《Introduce to Many-Body Physics》中一句非常优美的话:
Indeed, when the sun shines on our faces, we are experiencing the consequences of this broken symmetry.
————《Introduce to Many-Body Physics》 C12.1