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《超越BCS》中的“超BCS”,你知道嗎?

更新時(shí)間:2024-03-20 文章作者:佚名 信息來(lái)源:網(wǎng)絡(luò)整理 閱讀次數(shù):

我原來(lái)和南京大學(xué)邵教授合作了《超導(dǎo)簡(jiǎn)史》系列著作,寫(xiě)了三篇文章:Gkp物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

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(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

事實(shí)上,最初構(gòu)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(kāi)始悔悟。Gkp物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

過(guò)者不可勸,來(lái)者可追!Gkp物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

寫(xiě)點(diǎn)東西,主要是關(guān)于老安德森先生的。Gkp物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

列舉所有這些,安德森做出了以下重大發(fā)現(xiàn):Gkp物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

1.約瑟夫森效應(yīng)Gkp物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

在超導(dǎo)簡(jiǎn)史(三)中,我們提到了“約瑟夫森效應(yīng)”物理學(xué)家分,它可以在沒(méi)有電壓的情況下產(chǎn)生電流。 在約瑟夫森之前,科學(xué)家們只知道電子可以“隧道”,但約瑟夫森在1962年大膽預(yù)測(cè)“庫(kù)珀對(duì)”也可以隧道,反映了宏觀的“超電流”現(xiàn)象。Gkp物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

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

第一篇聲稱發(fā)現(xiàn)“約瑟夫森效應(yīng)”并進(jìn)行必要實(shí)驗(yàn)測(cè)試的論文實(shí)際上是菲利普·安德森和約翰·羅威爾。 他們于1963年發(fā)表了論文《約瑟夫森隧道效應(yīng)的可能觀察》。兩人申請(qǐng)了專利,該專利從未被執(zhí)行或受到質(zhì)疑。Gkp物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

與坐標(biāo)和動(dòng)量之間的共軛關(guān)系類似,安德森還發(fā)現(xiàn)了相位和庫(kù)珀對(duì)數(shù)量之間的共軛關(guān)系。Gkp物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

近年來(lái),“約瑟夫森效應(yīng)”被應(yīng)用于量子計(jì)算和磁測(cè)量。Gkp物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

美國(guó)約瑟夫森結(jié)陣列芯片Gkp物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

2.安德森本地化Gkp物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

事實(shí)證明,當(dāng)晶體的無(wú)序程度足夠大時(shí),它就會(huì)“凍結(jié)”在某些勢(shì)場(chǎng)中。 這種“凍結(jié)”當(dāng)然不是一成不變的。 這意味著電子不會(huì)像大多數(shù)人想象的那樣。 系統(tǒng)越無(wú)序,電子就越像變成無(wú)頭蒼蠅,反而會(huì)變得“局域化”。Gkp物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

安德森定域化是后來(lái)凝聚態(tài)物理學(xué)發(fā)展的重要基石。Gkp物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

多重分形電子本征態(tài)的一個(gè)例子,原子系統(tǒng)中的安德森局域化轉(zhuǎn)變。Gkp物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

1977年,安德森和另外兩位物理學(xué)家因“磁性和無(wú)序系統(tǒng)電子結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)理論研究”獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。 他的理論的基石是“安德森本地化”。Gkp物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

從這個(gè)基石出發(fā),誕生了“復(fù)雜性科學(xué)”的偉大思想,我們稍后會(huì)詳細(xì)闡述。Gkp物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

3. 對(duì)稱性破缺解釋了質(zhì)量的起源Gkp物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

安德森于 1962 年發(fā)表了一篇關(guān)于光如何獲得質(zhì)量的著名論文,并且是第一個(gè)使用蘭道和南陽(yáng)一郎的“對(duì)稱性破缺”來(lái)解釋質(zhì)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(shí)代的意義。Gkp物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

但安德森的論文只涉及非相對(duì)論領(lǐng)域,后來(lái)被希格斯、本杰明·李、基布爾等人發(fā)展和完善,所以后來(lái)被稱為“希格斯機(jī)制”而不是“安德森機(jī)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(xué)獎(jiǎng)。Gkp物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

著名草帽:希格斯勢(shì)Gkp物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

4.RVB理論Gkp物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

在《超導(dǎo)簡(jiǎn)史》(第 3 部分)中,我寫(xiě)道:Gkp物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

BCS理論在為人類打開(kāi)超導(dǎo)之謎的同時(shí),似乎也為人類關(guān)閉了一扇窗。 根據(jù)BCS理論預(yù)測(cè),最高臨界溫度不會(huì)超過(guò)30K,遠(yuǎn)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(duì)超導(dǎo)現(xiàn)象的時(shí)候,就如同夸父追逐太陽(yáng)一樣嗎? 無(wú)論他如何努力,都只能遠(yuǎn)遠(yuǎn)地看著它,但卻永遠(yuǎn)無(wú)法觸碰它,更不用說(shuō)使用它的力量了?Gkp物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

幾十年后,物理學(xué)家終于挨了一巴掌。 1986年,IBM的Bonoz和發(fā)現(xiàn)摻雜鑭的氧化銅的臨界溫度達(dá)到35K,打破了BCS理論。 的預(yù)測(cè),使他們雙雙獲得 1987 年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。Gkp物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

當(dāng)科學(xué)界還在消化這一神奇現(xiàn)象時(shí),1987年1月,休斯頓大學(xué)的朱敬武和他的學(xué)生發(fā)現(xiàn)了一種超導(dǎo)臨界溫度為93K的釔鋇銅氧化物材料,這簡(jiǎn)直超出了人們的想象。 想象。 它是第一個(gè)進(jìn)入液氮溫度(77K)的材料。 人類從超低溫(液氦溫度)超導(dǎo)時(shí)代突然進(jìn)入了低溫(液氦溫度)超導(dǎo)時(shí)代。Gkp物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

釔鋇銅氧化物材料發(fā)明人:朱敬武。Gkp物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

這時(shí),安德森走了上前。 早在貝爾實(shí)驗(yàn)室,他就發(fā)明了安德森哈密頓量,它描述了過(guò)渡金屬中電子的局域相互作用。 安德森將此理論應(yīng)用到氧化銅晶格中,提出了共振價(jià)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(jià)鍵,將電子鎖定在適當(dāng)?shù)奈恢谩?但如果進(jìn)行摻雜,這些電子可能會(huì)形成“庫(kù)珀對(duì)”,這就是宏觀超導(dǎo)的內(nèi)在機(jī)制。Gkp物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

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

兩個(gè)電子形成庫(kù)珀對(duì)并與其他單元形成價(jià)鍵耦合Gkp物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

2014年,瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了準(zhǔn)二維磁性材料中可以出現(xiàn)分?jǐn)?shù)粒子的一些證據(jù),這為RVB理論提供了支持。Gkp物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

2015年論文“方形量子反鐵磁體中的分?jǐn)?shù)激勵(lì)”Gkp物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

就憑這幾項(xiàng)重大研究(當(dāng)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(tài)物質(zhì)之父”嗎?Gkp物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

當(dāng)然不是。Gkp物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

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

顯然不是。Gkp物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

安德森的三本書(shū)Gkp物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

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

這是復(fù)雜性科學(xué)領(lǐng)域劃時(shí)代的論文,強(qiáng)調(diào)了兩點(diǎn):Gkp物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

1.反思還原論的局限性Gkp物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

2.科學(xué)與科學(xué),按學(xué)科學(xué)習(xí)。 不同學(xué)科有明顯的層次物理學(xué)家分,不同層次有各自的基本發(fā)展原則。Gkp物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

是時(shí)候把這張圖拿出來(lái)了,雖然和本文無(wú)關(guān)Gkp物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

根據(jù)熱力學(xué)第二定律,萬(wàn)物最終都會(huì)一起消亡。 世界上為何有如此多的謎團(tuán)? 人們一直對(duì)層出不窮的“突現(xiàn)現(xiàn)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?yàn)樗鼮閺?fù)雜性科學(xué)提供了概念性的貢獻(xiàn),也可以說(shuō)是科學(xué)的哲學(xué)思想。 隨后,大批科學(xué)家受到安德森文章的啟發(fā),投身于復(fù)雜性科學(xué)。Gkp物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

就具體的發(fā)現(xiàn)而言,在浩瀚的宇宙面前,一位偉大物理學(xué)家的一生只是杯水車薪。 對(duì)科學(xué)研究做出巨大貢獻(xiàn)的思想更是非凡而神圣。 從這個(gè)角度來(lái)說(shuō),安德森也算得上是物理學(xué)史上的圣人了!Gkp物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

發(fā)表評(píng)論

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