Vật lý vật chất ngưng tụ

Siêu dẫn và lý thuyết BCS

Trong siêu dẫn BCS, tương tác hút hiệu dụng ghép electron thành cặp Cooper; ngưng tụ kết hợp tạo khe phổ và đáp ứng điện từ vĩ mô.

Trong siêu dẫn BCS, tương tác hút hiệu dụng ghép electron thành cặp Cooper; ngưng tụ kết hợp tạo khe phổ và đáp ứng điện từ vĩ mô.

Mô hình vật lý

Các electron gần mặt Fermi có thể ghép thành cặp spin đơn, tổng mômen gần bằng không. Trong kim loại thông thường, tương tác electron–phonon có thể tạo lực hút hiệu dụng.

Tham số trật tự Δ mô tả biên độ ghép cặp; phổ E_k=√(ξ_k²+|Δ|²) có khe. BCS yếu ghép cặp dự đoán 2Δ(0)≈3,52k_BT_c.

Trắc nghiệm nhanh

Phép biến đổi Bogoliubov trộn electron và lỗ, tạo quasiparticle có phổ Eₖ=√(ξₖ²+|Δ|²). Khe ngăn kích thích đơn hạt năng lượng thấp, nhưng dòng siêu dẫn mang pha chung của tham số trật tự. Trong BCS yếu ghép cặp, tỷ số 2Δ(0)/(kBTc)≈3,52 là phổ quát trong mô hình s-wave đẳng hướng; dị hướng khe, ghép cặp mạnh hay cơ chế khác có thể làm tỷ số thay đổi. Ghép cặp phá vỡ đối xứng pha U(1) tự phát trong mô tả nhiệt động lực học.

Khe siêu dẫn ảnh hưởng trực tiếp đến vận chuyển nhiệt và hấp thụ vi sóng; khi T tiến tới Tc, tham số trật tự giảm và khe đóng. Hiệu ứng Meissner cho thấy siêu dẫn không chỉ là điện trở bằng không mà còn đẩy từ trường khỏi khối vật liệu trong giới hạn thích hợp. Lý thuyết BCS mô tả tốt nhiều kim loại quy ước, nhưng không phải lời giải phổ quát cho mọi siêu dẫn nhiệt độ cao hoặc vật liệu có đối xứng ghép cặp khác.

Tính kết hợp pha của condensat tạo nên lượng tử hóa thông lượng trong vòng siêu dẫn, Φ₀=h/(2e), phản ánh điện tích 2e của cặp Cooper. Trong vật liệu loại II, từ trường xuyên qua dưới dạng vortex lượng tử khi vượt trường tới hạn dưới; lõi vortex là vùng trật tự siêu dẫn suy giảm. Đây là kiểm tra vĩ mô độc lập với việc đo khe phổ.