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高温超导发展到什么水平了?

cosmosfrigate
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超导不好做。目前公认的高温超导是1986年的铜基超导体,唯一的,因为转变温度达到液氮温区,其它都没达到。近40年没有任何一款材料知名度达到铜基的高度。

前两年的高压室温超导其实还是BCS超导,没有超导机制的革新,以前没有做到室温多半是测电流的仪器不够精度。高压一定程度上等同于低温,很好理解,低温就是运动少,高压下原子核自然呆那里一动不动的,这样晶格振动等杂七杂八的运动就被极大地压制了,看到的电子具有某些特征的(一般能量较低)运动就变轻松了。

低温物理做的其实就是让系统中的粒子运动尽可能单纯,比如想办法让原子核“别动”,常见做法就是降温、高压,不常见做法有光子阱之类的,动的少了,幅度小了,粒子的各种运动就更好区分出来不是?当然,如果做不到让粒子不动,那咱们就做个平均,就和海平面似的,海上时常有大风大浪,我们平均一下,照样给出个海平面高度,照样算各种海拔高度,对吧。这就是所谓的平均场了,但是显然是有局限性的,所以会有“在平均场下有效”的说法。

凝聚态物理中常见的材料可以大致分为两类,一种是弱关联电子系统,每个电子都可以视为独立的、自由的,典型材料就是各种金属、合金,适用费米液体理论,关键词参考朗道、第一声等,BCS超导的材料都是弱关联电子系统。BCS超导体常压下最高转变温度记录好像是MgB2。

另一类是强关联电子系统,铜基、铁基超导都是强关联电子系统,这个不适用费米液体理论。关联的意思粗糙的理解就是电子间的库仑排斥势很强,原本泡利不相容原理说一个格点可以自旋二度简并,占两个自旋相反的电子,搁强关联这里只能占一个电子。关键词参考哈伯德模型。

铁基超导体没有铜基超导体迷人,毕竟铁基的临界温度不够高。然后铁基超导体能带实在是多,据说要做个5带模型,铜基整一个单带哈伯德模型就OK了,做理论的直说铜基很漂亮很舒服。做物理的喜欢做微扰(虽然微扰论在这里失效了,格林函数的做法形式上也类似),并且钟爱做到二阶,二阶说白了就是平方,可以体会一下单带和5带的计算量差别

a^2 --分隔一下-- (a+b+c+d+e)^2

不过,快40年了,铜基的超导机理也没弄明白,一家一个言论,一家一套理论,八仙过海,谁也说不过谁。教父Anderson曾经提过共振价键理论,说这玩意儿好,但后来也证实不对,实在是强关联水深,more is different。电子多了,谁也不知道会发生什么。现在巨佬们在刷自旋密度波、电荷密度波、配对密度波,18年国际超导会议上李雅达先生比划配对密度波,我是个渣,没听懂也没看懂。

高温超导的机理研究基本处于不作为的状态,大家琢磨强关联究竟怎样怎样,打嘴仗的同时,也在等新的超导材料,瞅瞅能不能有些突破。先前的铁基超导出来时是这样的,近两年曹原大神的魔角石墨烯也是这样。不过还没听说整出个新奇玩意儿。

反正不管有没有,弄明白总是好事情。

至于超导的应用这块儿,我不熟,只知道铜基转变温度高、抗磁性好,但是特么的是个陶瓷,锤不得扭不得,很是烦人;各种合金可以随便锤,但是必须上液氦,不是一般贵;高压常温那货记得是硫化氢,臭鸡蛋气味,还要时刻保持超高的压力。不过咋说呢,到底是个代价的问题,超导不管材料怎样恼人,一定代价下也是能用的,据说一些要走大电流的地方就在用超导导线。

还是期待新材料吧,比如曹大神前不久弄了三层石墨烯,说不准哪年就蹦出来个更好玩的超导材料,大家一拍脑袋,原来超导就这回事呀!

反正我做别的去了。强关联实在是巨坑。不过等我老了,如果还做科研的话,再来看看。

编辑于 2022-10-13 17:08・IP 属地江苏
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