这两天大家都在为NB奖得主庆祝的时候,本不该写这样的文章扫大家兴。但是我的科学网朋友加战友黄秀清,科网江湖人称“黄猴子、黄小邪”正在被BCS粉丝群殴,一脸的鼻血,惨不忍睹。我作为朋友不能见死不救,写这篇文章作为声援。
超导对于我来讲是没有从事过研究的领域,要评价BCS理论的是是非非,的确有点难度,庆幸的是我有原子分子物理、材料科学研究的功底,对于超导的量子力学的解释的理解应该不会有什么困难。
从维基百科“超导材料”、“BCS理论”条目的介绍,可以找到关于超导现象、材料和理论的一般性知识:
1、超导是1911年发现,46年后1957年才提出BCS理论,并且只能对部分现象进行有限的解释。
2、在极低温度下表现出超导性能的材料是很多的
按材料可以将它们分为:化学材料超导体比如,铅和水银;合金超导体比如,铌钛合金;氧化物超导体,比如钇钡铜氧化物;有机超导体,比如:碳纳米管;
通过解释的理论不同可以把它们分为:传统超导体(如果它们可以用BCS理论或其推论解释)和非传统超导体(如果它们不能用上述理论解释)。
3、理论进展:1957年美国物理学家约翰·巴丁、利昂·库珀、约翰·施里弗提出BCS理论,指出电声耦合的关键作用,较圆满的解释了低温超导。高温超导的理论研究仍在进行中。
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BCS理论要点:
BCS理论把超导现象看作一种宏观量子效应。它提出,金属中自旋和动量相反的电子可以配对形成所谓“库珀对”,库珀对在晶格当中可以无损耗的运动,形成超导电流。
电子间的直接相互作用是相互排斥的库伦力。如果仅仅存在库伦力直接作用的话,电子不能形成配对。但电子间还存在以晶格振动(声子)为媒介的间接相互作用:电声子交互作用。电子间的这种相互作用是相互吸引的,正是这种吸引作用导致了“库珀对”的产生。大致上,其机理如下:电子在晶格中移动时会吸引邻近格点上的正电荷,导致格点的局部畸变,形成一个局域的高正电荷区。这个局域的高正电荷区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,这个结合能可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,形成所谓“超导”。
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我现在并不想质疑两个本应该相互排斥电子,在声子这位所谓的“媒婆”的撮合下,能相亲相爱,紧紧拥抱,生死不离,并创造出无阻碍跨越一切艰难险阻,在舞池中轻盈漫步的奇迹,这样的场景是基于什么样的科学逻辑编剧出来的。仅就超导现象是宏观物体在低温下表现出的宏观电磁学效应提出以下问题:
1、形成超导电流的载流子(对于超导金属或合金应该是电子),在超导体环路中应该作整体运动,并且经过一定时间后会完成一个周期的运动,回到出发地?超导电流的大小可以BCS理论,或量子力学的第一性原理直接计算出来吗?
2、超导体作为块状宏观物体,对于金属或合金应该是多晶结构,从金相来看,组成块状超导体的微观晶粒是无规排列的,并且晶粒与晶粒之间由晶界连接。晶界是晶体结构缺陷非常严重的区域,一般势能较高,请问:同性恋电子对是如何能够无障碍(零电阻)跨越这些势垒,这种神奇的力量来自于同性恋爱情吗?
给出一张网络上的金属金相组织图,供考虑。
以上暂时先提出两个问题,不能保证提法十分专业,但问题是严肃的哈!
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