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《超越BCS》中的“超BCS”,你知道嗎?

更新時間:2024-03-20 文章作者:佚名 信息來源:網絡整理 閱讀次數:

我原來和南京大學邵教授合作了《超導簡史》系列著作,寫了三篇文章:Gkp物理好資源網(原物理ok網)

然后由于很多其他原因,下面就不再贅述了……Gkp物理好資源網(原物理ok網)

事實上,最初構思的第四章《 BCS》的主角就是安德森。 得知老人前幾天去世了,我很震驚,立刻開始悔悟。Gkp物理好資源網(原物理ok網)

過者不可勸,來者可追!Gkp物理好資源網(原物理ok網)

寫點東西,主要是關于老安德森先生的。Gkp物理好資源網(原物理ok網)

列舉所有這些,安德森做出了以下重大發現:Gkp物理好資源網(原物理ok網)

1.約瑟夫森效應Gkp物理好資源網(原物理ok網)

在超導簡史(三)中,我們提到了“約瑟夫森效應”物理學家分,它可以在沒有電壓的情況下產生電流。 在約瑟夫森之前,科學家們只知道電子可以“隧道”,但約瑟夫森在1962年大膽預測“庫珀對”也可以隧道,反映了宏觀的“超電流”現象。Gkp物理好資源網(原物理ok網)

這種效應以約瑟夫森的名字命名,他因此獲得了 1973 年諾貝爾物理學獎。Gkp物理好資源網(原物理ok網)

第一篇聲稱發現“約瑟夫森效應”并進行必要實驗測試的論文實際上是菲利普·安德森和約翰·羅威爾。 他們于1963年發表了論文《約瑟夫森隧道效應的可能觀察》。兩人申請了專利,該專利從未被執行或受到質疑。Gkp物理好資源網(原物理ok網)

與坐標和動量之間的共軛關系類似,安德森還發現了相位和庫珀對數量之間的共軛關系。Gkp物理好資源網(原物理ok網)

近年來,“約瑟夫森效應”被應用于量子計算和磁測量。Gkp物理好資源網(原物理ok網)

美國約瑟夫森結陣列芯片Gkp物理好資源網(原物理ok網)

2.安德森本地化Gkp物理好資源網(原物理ok網)

事實證明,當晶體的無序程度足夠大時,它就會“凍結”在某些勢場中。 這種“凍結”當然不是一成不變的。 這意味著電子不會像大多數人想象的那樣。 系統越無序,電子就越像變成無頭蒼蠅,反而會變得“局域化”。Gkp物理好資源網(原物理ok網)

安德森定域化是后來凝聚態物理學發展的重要基石。Gkp物理好資源網(原物理ok網)

多重分形電子本征態的一個例子,原子系統中的安德森局域化轉變。Gkp物理好資源網(原物理ok網)

1977年,安德森和另外兩位物理學家因“磁性和無序系統電子結構的基礎理論研究”獲得諾貝爾物理學獎。 他的理論的基石是“安德森本地化”。Gkp物理好資源網(原物理ok網)

從這個基石出發,誕生了“復雜性科學”的偉大思想,我們稍后會詳細闡述。Gkp物理好資源網(原物理ok網)

3. 對稱性破缺解釋了質量的起源Gkp物理好資源網(原物理ok網)

安德森于 1962 年發表了一篇關于光如何獲得質量的著名論文,并且是第一個使用蘭道和南陽一郎的“對稱性破缺”來解釋質量起源的人,甚至早于希格斯。 因此,這篇論文在粒子物理史上具有劃時代的意義。Gkp物理好資源網(原物理ok網)

但安德森的論文只涉及非相對論領域,后來被希格斯、本杰明·李、基布爾等人發展和完善,所以后來被稱為“希格斯機制”而不是“安德森機制”。 安德森還親眼目睹希格斯玻色子榮獲 2012 年諾貝爾物理學獎。Gkp物理好資源網(原物理ok網)

著名草帽:希格斯勢Gkp物理好資源網(原物理ok網)

4.RVB理論Gkp物理好資源網(原物理ok網)

在《超導簡史》(第 3 部分)中,我寫道:Gkp物理好資源網(原物理ok網)

BCS理論在為人類打開超導之謎的同時,似乎也為人類關閉了一扇窗。 根據BCS理論預測,最高臨界溫度不會超過30K,遠低于液氮的溫度(77K,即-196℃)。 這就像給人們潑了一盆冷水。 難道人類在面對超導現象的時候,就如同夸父追逐太陽一樣嗎? 無論他如何努力,都只能遠遠地看著它,但卻永遠無法觸碰它,更不用說使用它的力量了?Gkp物理好資源網(原物理ok網)

幾十年后,物理學家終于挨了一巴掌。 1986年,IBM的Bonoz和發現摻雜鑭的氧化銅的臨界溫度達到35K,打破了BCS理論。 的預測,使他們雙雙獲得 1987 年諾貝爾物理學獎。Gkp物理好資源網(原物理ok網)

當科學界還在消化這一神奇現象時,1987年1月,休斯頓大學的朱敬武和他的學生發現了一種超導臨界溫度為93K的釔鋇銅氧化物材料,這簡直超出了人們的想象。 想象。 它是第一個進入液氮溫度(77K)的材料。 人類從超低溫(液氦溫度)超導時代突然進入了低溫(液氦溫度)超導時代。Gkp物理好資源網(原物理ok網)

釔鋇銅氧化物材料發明人:朱敬武。Gkp物理好資源網(原物理ok網)

這時,安德森走了上前。 早在貝爾實驗室,他就發明了安德森哈密頓量,它描述了過渡金屬中電子的局域相互作用。 安德森將此理論應用到氧化銅晶格中,提出了共振價鍵理論(RVB)。 在純氧化銅晶格中,相鄰銅原子的電子相互作用形成價鍵,將電子鎖定在適當的位置。 但如果進行摻雜,這些電子可能會形成“庫珀對”,這就是宏觀超導的內在機制。Gkp物理好資源網(原物理ok網)

由此,我們可以清晰地看到安德森早期研究“無序”的影子。Gkp物理好資源網(原物理ok網)

兩個電子形成庫珀對并與其他單元形成價鍵耦合Gkp物理好資源網(原物理ok網)

2014年,瑞士洛桑聯邦理工學院的科學家發現了準二維磁性材料中可以出現分數粒子的一些證據,這為RVB理論提供了支持。Gkp物理好資源網(原物理ok網)

2015年論文“方形量子反鐵磁體中的分數激勵”Gkp物理好資源網(原物理ok網)

就憑這幾項重大研究(當然他還有很多其他成就,我就不一一列舉了),安德森能被稱為“凝聚態物質之父”嗎?Gkp物理好資源網(原物理ok網)

當然不是。Gkp物理好資源網(原物理ok網)

我們還得依賴他的三本巨著《固體的概念》、《凝聚態物理基本概念》和《高溫超導銅酸鹽的超導性》嗎?Gkp物理好資源網(原物理ok網)

顯然不是。Gkp物理好資源網(原物理ok網)

安德森的三本書Gkp物理好資源網(原物理ok網)

真正奠定安德森歷史地位的是他在1972年發表的一篇名為《more is》(“more made a ”,或許翻譯為“不同的復雜性”)更好的文章。Gkp物理好資源網(原物理ok網)

這是復雜性科學領域劃時代的論文,強調了兩點:Gkp物理好資源網(原物理ok網)

1.反思還原論的局限性Gkp物理好資源網(原物理ok網)

2.科學與科學,按學科學習。 不同學科有明顯的層次物理學家分,不同層次有各自的基本發展原則。Gkp物理好資源網(原物理ok網)

是時候把這張圖拿出來了,雖然和本文無關Gkp物理好資源網(原物理ok網)

根據熱力學第二定律,萬物最終都會一起消亡。 世界上為何有如此多的謎團? 人們一直對層出不窮的“突現現象”非常感興趣,但它們卻始終難以捉摸。 安德森的文章意義重大,因為它為復雜性科學提供了概念性的貢獻,也可以說是科學的哲學思想。 隨后,大批科學家受到安德森文章的啟發,投身于復雜性科學。Gkp物理好資源網(原物理ok網)

就具體的發現而言,在浩瀚的宇宙面前,一位偉大物理學家的一生只是杯水車薪。 對科學研究做出巨大貢獻的思想更是非凡而神圣。 從這個角度來說,安德森也算得上是物理學史上的圣人了!Gkp物理好資源網(原物理ok網)

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