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读博记语（255)-高温超导: zjzhaokeqin 2018-1-15 15:47; 读博记语（ 255)-高温超导赵克勤读科学网罗会仟博客《超导 “小时代”(27)：盲人摸瞎象》，（链接地址 http://blog.sciencenet.cn/blog-22926-1094850.html ）记语如下： “在高温超导这个“庞然大象”面前，其复杂多变和难以认知程度已经远远超出人们的理解能力，科学家能做的，也只能充当盲人，用各种实验工具来测量这个“大象”， ...，随着 “盲人摸瞎象”发展革新出来各种凝聚态物理测量技术，已经广泛应用到多个研究领域，催生了许多新物理现象的发现。虽然说高温超导这头“大象”至今没有彻底摸清楚，但由此锤炼出来的数十种摸象 “ 盲人 ” ，已经成为当今凝聚态物理研究的重要兵器。 ” 评论：利用 AI+统计摸高温超导这个“庞然大象”，综合是创新之法。; 个人分类: 读博记语|1214 次阅读|0 个评论

超导“小时代”(25)：印象大师的杰作: 热度 3 Penrose 2017-11-13 10:57; 超导“小时代” (25) ：印象大师的杰作剪不断，理还乱，是离愁，别是一般滋味在心头。 ——南唐·李煜《相见欢》【作者注】《超导小时代》系列文章自2015年9月在《物理》杂志连载，欢迎大家订阅、围观。此文发表于《物理》2017年第 11 期，详见http://www.wuli.ac.cn/ 图1：莫奈名画《1878年6月30日圣丹尼斯大街》经过色彩分离和移动后更加“印象派” ( 来自www.nature.com) 在第十二节，我们讲到了超导理论界的“印象派”——超导唯象理论。的确，在寻找常规超导理论道路上，唯象理论起到了非常有价值的推进作用，最终催生了 BCS 超导微观理论。然而，当遭遇到铜氧化物高温超导体时，许多在常规超导体中用起来“顺手”的理论都面临囧境，一切起因于高温超导的复杂性。如同前面两节介绍的，高温超导体“善变”难以捉摸，许多物性都是“花相似”却“实不同”，这两点已经够让理论家头疼要命了。实验物理学家却还要告诫理论研究者们，高温超导还有更令人郁闷的一面，它是十足的“印象派”——在各种物理性质上都看起来纷繁无章。就像一幅印象派的名画，你大约知道他画的是什么，却要面对一团难以辨识的各种色彩，以致于无法搞清楚具体画的到底是什么。更糟心的是，考虑某些条件如温度、掺杂、压力等引入之后 ( 如此超导才会出现 ) ，铜氧化物高温超导材料看起来越像是一团色彩进一步加工处理后的“印象派”油画，愈发地显得印象味儿更浓郁了 ( 图 1) 。在常规超导材料里面，自然一切都显得清晰明了，测量到的许多物性都是毋庸置疑的，所以在金属电子论的基础上，常规超导微观理论得以建立。在高温超导研究面前，情形要远远比想象中的复杂，实验研究越深入，获得的结果就越糊涂。强行采用“印象派”的唯象理论来理解“印象派”的高温超导，或许可以给出粗略的解释，李政道先生就为此做出过尝试，不过没有获得完全成功。若要真正理解高温超导，必须建立完善的高温超导微观理论，这一步，着实艰难。铜氧化物高温超导材料的“印象派”体现在多个方面，包括晶体结构、原子分布、杂质态、电子轨道分布、微观电子态、超导能隙等，均是一团团理不清的乱麻。图2：Bi 2+x Sr 2-x CuO 6+ δ 晶格结构中的无公度调制 ( 来自iopscience.iop.org) 图3：Bi 2 Sr 2 CaCu 2 O 8+δ 中氧空隙态 ( 来自davisgroup.lassp.cornell.edu) 从晶体结构上看起来铜氧化物高温超导材料具有许多共性，比如均具有 Cu-O 平面和 Cu-O 八面体结构。但若戴上放大镜仔细看的话，就会感觉似乎每个高温超导体，都有它结构上的“个性”。 Cu-O 面可以是一个，也可以是两个，更可以是三个。 Cu-O 八面体有时候是一劈成两瓣的，而且即使是劈开的另一半，也会受到邻居离子的干扰，发生八面体的扭曲或倾斜现象。这些结构上细微变化，形成了许多原子无序状态，自然也给整体的物理性质造成了干扰。例如在 Bi 2+x Sr 2-x CuO 6+ δ 体系，如果从 Cu-O 面堆叠的侧面去看的话，就可以发现原子的位置并不是严格整齐划一的，而是存在上上下下的起伏不平，换句话说，就是原子的空间排列结构存在调制 ( 图 2) 。非常令人难以理解的是，这种调制结构是非公度的，也就是找不到任何一个有理数的周期来刻画它，调制周期实际上是一个无理数。如此复杂的晶体调制结构，几乎存在于所有 Bi 系超导材料之中，其中以单层 Cu-O 面结构的 Bi2201 体系中无序程度最强。在双层 Cu-O 面结构的 Bi2212 体系，无序程度稍弱，但面临的问题却是原子分布的无序。例如超导的实现主要靠的是氧空位提供的空穴掺杂，但氧空位在该体系中，却会形成一串空隙杂质态，而且，分布也是极其杂乱无章的 ( 图 3) 。如此不均匀的无序结构和原子分布，如何能够产生如此高温的超导电性，令人费解。结构和原子的无序，必须造成运动中的电子也出现无序状态。电子分电荷、轨道、自旋等三个自由度，它们在铜氧化物高温超导体中，看起来几乎都是乱糟糟的。首先对于自旋来说，母体材料是反铁磁绝缘体，也就是存在长程有序的反铁磁自旋排列结构。但是随着掺杂增加，自旋有序会逐步打乱，先形成玻璃浆糊一样的“自旋玻璃”态，即自旋只在短程范围存在有序，进而被彻底打散成顺磁态。只有在自旋杂乱无章的顺磁态下，铜氧化物材料中的高温超导电性才会出现 ( 详见第二十三节 : 异彩纷呈不离宗 ) 。对于电子轨道而言，也是同样有点乱。原则上来说， Cu-O 面主要负责了高温超导的导电机制，而且这个平面的结构基本上正方形的，具有四度旋转对称性。但如果仔细一看电子的轨道分布，它并不是四重对称的，而是二重对称的状态。似乎电子轨道分布更倾向于指“南北”，而不喜欢指“东西” 。这种状态称之为“电子向列相”，就像液晶体系一样，棒状的液晶分子会一根根竖起来，打破了原来低温的液晶晶列相，形成液晶向列相 ( 图 4) 。电子向列相的存在，意味着电子所处的状态，并不一定要严格依存于原子的晶体结构有序度。确实，如果仔细观察铜氧化物材料中的电荷分布的话，还会发现电荷也是不均匀的。在某些区域电荷会聚集，在某些区域电荷会稀释，电荷密度在空间的分布甚至会形成短程甚至长程有序的“电荷密度波”，且随着掺杂浓度变化剧烈 ( 图 5) 。电子自由度的无序对超导的具体影响，仍未知。图4：Bi 2 Sr 2 CaCu 2 O 8+δ 中的“电子向列相” ( 来自davisgroup.lassp.cornell.edu) 图5：HgBa 2 CuO 4+y 中的电荷密度波 ( 来自www.esrf.eu) 进一步，如果用精细的扫描探针观测电子态本身的分布，也同样能够看到许多非常不可思议的状态。如果把电子态在不同能量尺度做一张“指纹地形图”的话，在特定的能量尺度下，看到的电子态是一条条“沟壑”，或高或低，或长或短，比老奶奶脸上的皱纹还复杂 ( 图 6) 。把电子态和原子的周期结构做比较，有时会发现局域范围内呈现 4 倍原子结构周期的电子态，这种电子态如果两边都是 4 倍原子周期，就会形成如同国际象棋黑白方格一样的“电子棋盘格子”，所谓“棋盘电子态” 。棋盘电子态主要存在于 100 meV 之下的低能段，是低能电子组态。如果检查高能段电子态，还会发现电子的出现概率似乎要远比掺杂输入的电子数要大得多，体现了掺杂莫特绝缘体的特征。电子态的奇怪行为或许并不是最烧脑的，仔细看超导能隙的分布，其实也是非常不均匀的！也就是说，如果直接观测铜氧化物高温超导体中的能隙，就会发现在不同区域的能隙数值是有所不同的。有的区域能隙大，有的区域能隙小，形成了一团团的能隙簇 ( 图 7) 。这中现象在常规超导体中几乎绝不可能出现，因为对于它们而言，同一块超导材料中的超导能隙，有且只有一个。超导理论告诉我们，超导能隙的大小是决定临界温度高低的关键因素之一。原则上，能隙越大，破坏超导态所需要的能量就越高，超导临界温度也就越高。所以在常规超导理论中，超导能隙通常和临界温度有一个固定的比例系数。但在高温超导体中，如此分布不均匀的能隙，是否意味着超导临界温度也是分布不均的呢？倘若如此，如果那些高能隙的区域没有连接到一起，又如何实现高临界温度呢？即使实现了高临界温度，如此杂乱的超导状态又如何能够稳定存在呢？这些问题的答案扑朔迷离。图6：Ca 1.88 Na 0.12 CuO 2 Cl 2 中的“沟壑”电子态 ( 来自davisgroup.lassp.cornell.edu) 图7：Bi 2 Sr 2 CaCu 2 O 8+δ 中的“杂乱”超导能隙 ( 来自davisgroup.lassp.cornell.edu) 图8：铜氧化物高温超导体中的关联电子对 ( 来自davisgroup.lassp.cornell.edu) 总之，印象派高温超导体概括起来就是三个字：“脏、乱、差”。必须要把“纯净”的绝缘体进行掺杂来搞脏了，才会出现超导，结构和电子态分布极其混乱，超导态本身仪容似乎也是无比邋遢地差。真是“剪不断、理还乱”，长期把物理学家困扰到吐血。其中主要原因，可能是与电子的关联效应有关。如前面几节讲到的，铜氧化物高温超导体中的电子，并不像我们理解的传统金属电子那样可以近似看成独立运动的自由电子，反而是各个手牵手的关联电子态。这种关联电子态，在牵手配成库伯电子对之后，仍然是存在很强的关联效应的 ( 图 8) 。电子关联效应的存在，使得整体能够“牵一发而动全身”，也能在纷纷乱乱中寻找到集体的“ inner peace ”——形成高温超导现象。【参考文献】 de Lozanne A., Nature,2006, 442:522. Crisan M., Theory of Superconductivity, World Scientific, 1989. Lee T.D., Physica Scripta, 1992, 1992:T42. Keimer B. et al., Nature, 2015, 518: 179. Park C., Snyder R. L., J. Ame.Cer.Soc.1995, 78(12): 3171. Li X.M. et al., Supercond. Sci. Technol.,2009, 22:065003. McElroyK. et al., Science,2005, 309:1048-1052. LeePA, Nagaosa N, Wen X -G, Rev. Mod. Phys.2006. 78: 17. Lawler M. J. et al., Nature,2010, 466:347. Kivelson et.al., Nature,1998, 393:550. Campi G. et.al.,Nature,2015, 525:359. Lee J. et.al., Science,2009, 325:1099. Hanaguri T. et.al., Nature, 2004,430:1001. Kohsaka Y. et.al., Science, 2007, 315:1380. Lee J. et.al., Nature, 2006, 442:546. Tinkham M., Introduction toSuperconductivity, Dover Publications Inc. , 2004. Dagotto E., Rev. Mod. Phys. , 1994, 66:763. Kohsaka Y. et.al., Nature,2008, 454:1072. 【延伸阅读】超导“小时代” (1) ：慈母孕物理超导“小时代”(2)：人间的普罗米修斯超导“小时代” (3) ：鸡蛋同源超导“小时代” (4) ：电荷收费站超导“小时代” (5) ：神奇八卦阵超导“小时代” (6) ：秩序的力量超导“小时代” (7) ：冻冻更健康超导“小时代” (8) ：畅行无阻超导“小时代” (9) ：金钟罩、铁布衫超导“小时代” (10) ：四两拨千斤超导“小时代” (11) ：群殴的艺术超导“小时代” (12) ：形不似神似超导“小时代” (13) ：双结生翅成超导超导“小时代” (14) ：炼金术士的喜与悲超导“小时代” (15) ：阳关道、醉中仙超导“小时代” (16) ：胖子的灵活与惆怅超导“小时代” (17) ：朽木亦可雕超导“小时代” (18) ：瘦子的飘逸与纠结超导“小时代” (19) ：二师兄的紧箍咒超导“小时代” (20) ：“绝境”中的逆袭超导“小时代” (21) ：火箭式的速度超导“小时代” (22) ：天生我材难为用超导“小时代” (23) ：异彩纷呈不离宗超导“小时代” (24) ：雾里看花花非花; 个人分类: 超导小时代|8136 次阅读|3 个评论

超导“小时代”(21)：火箭式的速度: 热度 4 Penrose 2017-8-7 22:38; 超导“小时代” (21) ：火箭式的速度【作者注】《超导小时代》系列文章自2015年9月在《物理》杂志连载，欢迎大家订阅、围观。此文发表于《物理》2017年第 07 期，详见http://www.wuli.ac.cn/CN/abstract/abstract70516.shtml 在尚未有清晰理论时，就去探索高温超导材料，也许会带来出乎意料的结果，甚至全新的发现。 ——维塔利·金兹堡铜氧化物高温超导材料的发现之路充满曲折、坎坷、运气和惊喜。 1978 年，缪勒在 IBM 美国实验室访问时开始接触到超导相关的研究，开启了他的氧化物超导体探索之路。 1983 年，缪勒说服了同在 IBM 瑞士实验室的年轻人柏诺兹，因为他在氧化物超导材料方面也具有研究经历，哥俩希望在科研的业余时间一起探寻新的氧化物超导材料。随后两年时间里，他们在 SrFeO 3 和 LaNiO 3 氧化物材料中的初步尝试遭遇失败。面对负面结果，他们不气馁，不放弃，而是静下心来，遍阅文献资料，发现了法国科学家 C. Michel 和 B. Raveau 关于铜氧化物导体的论文。 1986 年 1 月，柏诺兹和缪勒终于在 Ba-La-Cu-O 体系中观察到了 30 K 左右的超导现象，并花了三个月左右时间重复实验结果，于 4 月 17 日将论文投稿。然而，第一篇论文结果仅有电阻方面的测量结果，要证明 Ba-La-Cu-O 材料是个新超导材料，还必须有抗磁性的测量，当时他们手头甚至没有可用的磁测量仪器。从下单订货到发货，转眼就是 8 月份，再调试仪器并测量，一直拖到 10 月 22 日他们才将抗磁性测量的结果送诸发表，与此同时日本科学家也发表了相关抗磁性的测量结果。直到 1987 年 1 月，关于铜氧化物超导的事情，才逐渐尘埃落定。回顾柏诺兹和缪勒貌似偶然的成功，却也有不少值得深思的地方。其实，不仅法国科学家早已合成 Ba-La-Cu-O 材料并测量发现了 BaLa 4 Cu 5 O 13.4 在 200 K 以上的金属导电性，实际上苏联和日本也同样对铜氧化物材料开展了探索性研究，其中苏联科学家于 1978 年就测量了 La 1.8 Sr 0.2 CuO 4 体系 ( 后被证实这才是该超导体系正确的化学式 ) 在液氮温度以上的导电性，遗憾的是，他们都未能测量到足够低的温度，错失了发现 35 K 高温超导电性的机会。可见，一项重大的科学发现并不是凭空产生的，而恰恰是相关的科学进程推进到某一种程度，偶然地在某些科学家手上自然诞生。等到这项发现被人们广泛接受和承认，还需要时间的考量。柏诺兹和缪勒起初认为，他们的工作要被人们证实并接受，至少需要 3 年左右时间。原因来自传统经验，超导研究历史上常有所谓“新高温超导材料”蹦出来，而这些实验结果往往无法重复，多次“狼来了”令整个超导研究群体都对新超导体持异常谨慎态度。为此，作为 IBM 的无名小卒，柏诺兹和缪勒选择了普通期刊发表论文结果，除此之外，再也没以其他任何方式宣传他们的研究。但随后的事态发展，远远超越了他们的低调和悲观。超导材料的探索，在 1987 年之后，进入了火箭式发展速度。发动这支“超导火箭”的，是来自中国、日本和美国的数位年轻科学家。图1：物理所超导小组部分成员 ( 来自《赵忠贤文集》) 20 世纪 70 年代，中国的基础科学研究尚处于方兴未艾的时期，无论是实验设备、技术力量和人员实力都难以比肩国际前沿。 1973 年，中国科学院高能物理研究所开启了超导磁体和超导线材的研究。 1978 年，中国科学院物理研究所开启了超导薄膜的研究。带领中国人走向超导应用研究领域的科学家，正是来自科学世家的李林，其父就是大名鼎鼎的李四光先生。当时同在物理研究所成立的还有另一个超导基础研究团队，就是以赵忠贤为研究组长的高临界温度超导材料探索团队，包括赵忠贤、陈立泉、崔长庚、黄玉珍、杨乾声、陈赓华等人 ( 图 1) 。中国的超导研究，就这样在艰苦的大环境中生根发芽茁壮成长起来了。 1986 年 9 月，在中国科学院物理研究所图书馆，赵忠贤读到了柏诺兹和缪勒的论文，立刻意识到这可能就是他们苦苦追求数年的突破点，论文中提及的杨 - 泰勒效应可能引起高温超导现象，和他在 1977 年提出的结构不稳定可能产生高温超导的思想不谋而合。当时设备极其简陋，烧制氧化物样品的电炉是自己绕制搭建的，测量电阻和磁化率的设备也是在液氦杜瓦的基础上改建的，相关的数据还是 X-Y 记录仪在坐标纸上的划点。即使如此，物理所的超导研究团队还是很快重复了柏诺兹和缪勒的工作，在 12 月 20 日就成功得到了 Ba-La-Cu-O 和 Sr-La-Cu-O 材料，而且发现起始温度在 46.3 K 和 48.6 K 的超导电性，同时指出 70 K 左右的超导迹象，论文于 1987 年 1 月 17 日投稿到中文版《科学通报》 ( 图 2) 。这不仅验证了瑞士科学家的工作，而且说明铜氧化物材料的超导临界温度仍有提升的可能。也就是说，新高温超导材料的发现，大有希望！图2：Sr(Ba)-La-Cu-O体系在40 K左右的超导电性 ( 来自《科学通报》) 日本科学家同样在 1986 年 9 月得到了柏诺兹和缪勒研究结果，然而他们起初并未对此引起足够的重视，经历其中的科学家有田中昭二、北泽宏一、内田慎一等人，把这份“不起眼”的研究任务顺手交给了一位东京大学本科生金泽尚一。出乎意料的是，首批 Ba-La-Cu-O 样品很快在 11 月成功获得，磁化率测量结果也证实了超导电性。消息传开后，日本的高温超导材料研究就此迅速铺开，他们还递交了世界上第一份关于高温超导材料的专利申请。美国科学家也紧跟其后， 1986 年 11 月，休斯顿大学的朱经武才读到柏诺兹和缪勒的论文。他敏锐意识到了这个工作的重要性，立刻倾全组之力从 BaPb 1-x Bi x O 3 材料转向 Ba-La-Cu-O 材料的研究，并邀请他原来的学生——当时已到阿拉巴马大学工作的吴茂昆一起合作。借助良好的实验设备，朱经武团队当月就重复出了相关实验结果，指出高压可以将临界温度起始点提升到 57 K ，并且同样发现了 70 K 左右的超导转变迹象，只是后者难以重复。 12 月，吴茂昆等人发现 Sr-La-Cu-O 体系有 39 K 的超导电性，几乎同时贝尔实验室的 R.J. Cava 等人也在 12 月获得了 36 K 超导的 Sr-La-Cu-O 样品，他们和朱经武的论文在 1987 年 1 月同时发表了出来。图3：Ba-Y-Cu-O超导材料的三位主要发现者 ( 来自《百度百科》) 至此，瑞士科学家的工作已经确凿无疑，第一种铜氧化物高温超导材料确定为 La 2-x Ba x CuO 4 和 La 2-x Sr x CuO 4 。关于高临界温度超导材料探索的一场世界范围内的激烈竞争，就此拉开帷幕。中、日、美三国科学家没日没夜地奋战在实验室，为的是寻找之前 70 K 左右的超导迹象的真正原因，或有可能实现临界温度更高的突破。竞争很快达到白热化程度，以致于当时发表论文的速度跟不上研究进展的发布，很多进展消息都是在新闻发布会或者国际学术会议上宣布的，包括中国的《人民日报》、日本的《朝日新闻》、美国的《美国之音》等各大媒体也为这场科学竞赛推波助澜。当时科学家们最大的冀望，就是寻找到液氮温区的高温超导材料。在标准大气压下，液氦沸点是 4.2 K ，液氢沸点是 20.3 K ，液氖沸点是 27.2 K ，液氮沸点是 77. 4 K 。所谓液氮温区超导体，也就是临界温度在 77 K 以上的超导材料。进入液氮温区意味着，超导的应用将不再需要依赖昂贵的液氦来维持低温环境，而仅用廉价且大量的液氮就可以，成本有可能大大降低，超导的大规模应用也因此有望实现。图4： Ba-Y-Cu-O体系在93 K左右的超导电性 ( 来自《科学通报》和www.cas.cn) 最激动人心的液氮温区超导材料突破，就发生在 1987 年 1 月到 2 月这两个月时间里，包括赵忠贤、吴茂昆、朱经武等在内的多位中国 / 华人科学家做出了关键性贡献 ( 图 3) 。在北京的赵忠贤研究团队把 70 K 下的超导迹象作为攻关重点，然而多次重复实验合成 Ba-La-Cu-O 体系，却发现很难找到干净的 70 K 超导相，往往采用较纯的化学试剂原料只能合成 30 K 左右的超导体。当时《人民日报》已经心急在 1986 年 12 月就透露出了 70 K 超导电性的新闻，海外学者也不断追问重复结果，北京的研究团队自然是压力山大。直到 1987 年 1 月底，赵忠贤团队终于意识到原料中的“杂质”问题，出现 70 K 超导迹象的样品往往使用了纯度不够高的原料，这意味着里面除了镧之外必然含有其他稀土元素，或者钡元素里面混有少量的锶元素。因为 Sr-La-Cu-O 体系临界温度变化不大，他们转而探索 Ba-Y-Cu-O 体系，另一个理由在于杨 - 泰勒效应因稀土离子半径差异会有所不同。按照之前的程序，样品总是前后烧结两次希望成相均匀，但最终结果并不是很理想。 1987 年 2 月 19 日深夜，他们决定顺便把仅烧结一次的样品也测量一下，于是又翻垃圾筐里准备扔掉的“可能的坏样品”出来，这次发现了惊喜——出现了 93 K 下的抗磁转变信号！为了抢占先机，他们又在次日加班加点把论文写好并于 21 日投稿到《科学通报》，题为“ Ba-Y-Cu 氧化物液氮温区的超导电性” ( 图 4) 。中国科学院随后在 2 月 24 日召开了新闻发布会，迅速公布了赵忠贤团队的研究进展和材料成分，《人民日报》于 25 日再次在头条发布这一消息。来自中国北京的超导研究团队，就这样一下子站在了世界科学的最前沿。图5： Ba-Y-Cu-O体系在93 K左右的超导电性 ( 来自Phy.Rev.Lett) 美国的超导研究团队，同样在集体努力寻找 70 K 超导迹象的材料，结果和北京的团队一样——偶尔能看到超导迹象，但再经过一次热循环就消失了。朱经武的团队尝试过高压合成、生长单晶、元素替换等方法，都不太奏效。他们合作者吴茂昆的一位学生 J. Ashburn 经过简单估算晶格畸变，认为钇替换镧是个不错的选择。吴茂昆从别的研究组临时借来了少量的氧化钇，并合成了 Ba-Y-Cu-O 体系，于 1987 年 1 月 29 日意外发现了 90 K 左右的超导电性！随后他们抓紧合成了新的样品，并奔赴休斯顿大学进行仔细的测量，确认了该体系在 90 K 的超导。朱经武将 Ba-Y-Cu-O 体系在常压和高压下的高温超导电性相关论文于 2 月 6 日送达《物理评论快报》，并将于 3 月 2 日正式发表 ( 图 5) 。在此之前， 1987 年 2 月 16 日，朱经武团队在休斯顿举办新闻发布会，宣告液氮温区超导材料的这一激动人心的发现，但当时没有具体公布化学成分，直到 2 月 26 日的学术会议上才公布。美国贝尔实验室的 J.M. Tarascon 在得知相关消息后，赶紧测量了还扔在实验室的 Ba-Y-Cu-O 样品，同样发现了高温超导，于是火速写出论文并于 2 月 27 日下班前的最后时刻送往《物理评论快报》编辑部。图6：1987年美国物理年会三月会议上赵忠贤做大会邀请报告及会后回京骑三轮车拉蜂窝煤 ( 来自《赵忠贤文集》) 而日本的研究团队则相对比较低调，他们同样在 2 月 18 日 -19 日举办的氧化物超导材料会议上提到了东京大学发现 85 K 左右的新超导材料，而具体成分也是未能公布，实际上就是 Ba-Y-Cu-O 体系。论文于 2 月 23 日送往《日本应用物理》杂志，并直到 4 月份才发表，时间上已经落后于美国和中国。图7：突破液氮温区的YBa 2 Cu 3 O 7- δ 高温超导材料结构与磁悬浮 ( 来自www.aps.org) 经过中、日、美三国科学家的激烈竞赛， Ba-Y-Cu-O 体系在液氮温区 90 K 以上的超导电性被多个团队几乎同时独立做出来，虽然公布时间或早或晚，但实验结果已是确凿无疑。为此， 1987 年 3 月初，在纽约召开的美国物理学会三月会议，特地专门设立“高临界温度超导体讨论会”。中国、美国、日本的科学家作为大会特邀报告人，分别报道了他们在高温超导材料探索的结果，来自世界各地的 3000 多名物理学家挤满了 1100 人容量的报告厅，狂热的会议讨论一直持续了 7 个小时，直到凌晨 2 点才结束。那一次会议被称为“物理学界的摇滚音乐节”，是超导研究史上划时代的重要里程碑。做完大会特邀报告回到北京的赵忠贤，发现家里蜂窝煤烧完了，于是欣然换下西装，骑上了三轮车，拉煤去 ( 图 6) 。这就是中国科学家的精神，可以在世界科学前沿的殿堂做学术报告，也可以和普通老百姓一起蹬三轮去拉煤，两者丝毫没有任何违和感。图8：Bi-Sr-Ca-Cu-O超导家族 ( 由物理所周兴江研究组提供) Ba-Y-Cu-O 液氮温区超导材料的发现，开启了高温超导材料探索和规模化应用的大门，也让柏诺兹和缪勒的工作显得非常重要。为此，他们很快在高温超导发现的次年 (1987 年 ) 就荣获诺贝尔物理学奖，也是诺奖历史上的鲜有发生的事情。至于其他科学家为何没有获得诺奖，最直接的原因是：他们的成果公布时间都在 1987 年 1 月 31 日的诺奖提名截止日期之后。图9：Hg-Ba-Ca-Cu-O超导材料 ( 来自www.nature.com) 回顾当时公布的 Ba-Y-Cu-O 化学成分，也是件非常有趣的事情。中国团队公布的成分是 Ba x Y 5-x Cu 5 O 5(3-y) ，和柏诺兹和缪勒发表的 Ba x La 5-x Cu 5 O 5(3-y) 成分一脉相承，这说明中国科学家的学术思想同样来自杨 - 泰勒效应造成的局域晶格畸变。美国和日本团队公布的成分是 (Y 1-x Ba x ) 2 CuO 4- δ ，参照于日本科学家当初确认的铜氧化物超导材料真实成分—— La 2-x Ba x CuO 4- δ 体系 ( 简称 214 结构 ) 。然而，后续的实验证明，这两个化学式都是不完全正确的！ Ba-Y-Cu-O 材料中超导的主要成分来自于 YBa 2 Cu 3 O 7- δ ，又称 123 结构铜氧化物超导材料，由美国贝尔实验室的 R.J. Cava 等人找到 ( 图 7) 。注意到氧含量中有一个 7-δ ，这意味着这个体系材料氧含量是不固定的。事实上，改变氧的含量，相当于改变其中的空穴载流子浓度，后来实验发现超导临界温度对氧含量极其敏感！因此，在 Ba-Y-Cu-O 体系寻找到 93 K 的最佳超导电性，还真不是一件轻而易举的事情。从初期的实验数据来看，超导转变往往远不如传统金属超导体那样十分突然，有的甚至出现多个转变现象，确认真正的超导材料结构往往需要更多实验和时间，这也是铜氧化物超导材料探索中常遇到的问题。图10：高温超导材料的发现迅速刷新临界温度记录 YBa 2 Cu 3 O 7- δ 新高温超导材料的发现，把超导临界温度在 35 K 的记录一下子突破到了 93 K ，意味着高临界温度的超导体可能是普遍存在的。于是， 1987 年 12 月，在 Bi-Sr-Ca-Cu-O 中发现了 110 K 的超导； 1988 年 1 月，在 Tl-Ba-Ca-Cu-O 中发现了 125 K 的超导； 1993 年 1 月，在 Hg-Ba-Ca-Cu-O 中发现了 133 K 的超导。超导临界温度的记录被一而再，再而三，三而四，不断地被打破，超导研究进入了火箭式推进时期，充满了期待。其中 Bi-Sr-Ca-Cu-O 体系超导体主要有三类： Bi 2 Sr 2 CuO 6 ( 简称 2201 ，最高 T c =20 K) 、 Bi 2 Sr 2 CaCu 2 O 8 ( 简称 2212 ，最高 T c =95 K) 、 Bi 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O 8 ( 简称 2223 ，最高 T c =110 K) ，主要区别在于 Cu-O 层数目的多少 ( 图 8) ； Tl-Ba-Ca-Cu-O 体系和 Bi-Sr-Ca-Cu-O 体系大同小异，也还有其他一些结构； Hg-Ba-Ca-Cu-O 体系也有三类 : HgBa 2 Ca 3 Cu 4 O 10 、 HgBa 2 Ca 2 Cu 3 O 8 、 HgBa 2 CuO 4 等。 1993 年， Schilling 等人发现的 HgBa 2 Ca 2 Cu 3 O 8+ δ 体系是目前块体材料超导转变温度最高的， T c =134 K ( 图 9) 。之后，超导临界温度记录一直处于停滞状态，也出现过多次“乌龙事件”，号称获得了 155 K 甚至 160 K 常压临界温度的 Y-Ba-Cu-O ，但都因数据无法重复而被否决。通过对铜氧化物材料施加高压，临界温度还有上升的空间，目前高压下最高 T c 记录是 165 K ，由朱经武的研究组所创造 ( 图 10) 。大量铜氧化物超导材料可以突破 40 K 麦克米兰极限，它们从而被统称为“高温超导体” 。 ( 注：也有人定义 T c 在 20 K 以上的超导体就属于“高温超导体” ) 正是有了这一系列的高温超导材料探索，助力临界温度的不断攀升，点燃了许多科研工作者心中的希望，超导研究从此焕发新春，也培养和锻炼了一大批有才华的物理学家，极大加速推动了凝聚态物理的发展。【参考文献】 Goodenough J.B.,Longo M., Crystal and solid state physcis,Springer-Verlag, 1970. Bednorz J. G. and Müller K. A.,Z. Phys. B.1986. 64: 189. Bednorz J. G. et al , Europhys. Lett. 1987.379-382. Uchida S. et al , Jpn. J. Appl. Phys.1987. 26: L1 . Ginzburg V.L., Soviet Physics Uspekhi.1991. 34(4):283. Ginzburg V.L.,Prog.Low.Temp.Phys.1989.12:1. 中国科学院物理研究所，《李林画传（纪念李林先生诞辰 90 周年）》， 2013. 赵忠贤等， Sr(Ba)-La-Cu 氧化物的高临界温度超导电性，科学通报 .1987.32:177-179. Kitazawa K., The First 5 Years of the High Temperature Superconductivity:Cultural Differences between the US and Japan (in Japanese), AmericanTechnological Innovation, 1991, 119-127. Kishio K. et al, ChemistryLetters.1987. 429-432. Chu C. W. et al, Science.1987. 235:567. R. M. Hazen,Superconductors: The Breakthrough, Unwin. 1988. 43-44. Chu C. W. et al, Phys. Rev. Lett.1987. 58:405-407. CavaR. J. et al, Phys. Rev. Lett. 1987. 58:408-410. 张继民等，我国发现迄今世界转变温度最高超导体，《人民日报》， 1986 年 12 月 26 日。刘兵 , 对 1986-1987 年间高温超导体发现的历史再考察 , 《二十一世纪》 1995.4. 我国超导体研究又获重大突破，发现绝对温度百度以上超导体，《人民日报》， 1987 年 2 月 25 日 . 赵忠贤等， Ba-Y-Cu 氧化物液氮温区的超导电性，科学通报 .1987.32:412-414. Wu M.K. et al, Phys. Rev. Lett.1987.58:908-910. Hor P.H. et al, Phys.Rev. Lett. 1987. 58:911-912. R. M. Hazen, Superconductors: TheBreakthrough, Unwin, 1988, P.256. 王兴五 , “高温”超导在 1987 年美国物理学年会上引人注目 , 物理 . 1987. (9) :575 Uchida S. et al , Jpn. J. Appl. Phys.1987. 26: L1 . Kikami S. et al, Jpn. J. Appl. Phys.1987. 26:L314-L315. Cava R.J. et al, Phys. Rev. Lett. 1987. 58:1676-1679. Schechter B., The Path of NoResistance: The Revolution in Superconductivity , Simon and Schuster, 1989.P98. Cava R J., Oxide Superconductors, 2000, 83(1):5-28 Lee P.A., Nagaosa N. and Wen X.- G., Rev. Mod.Phys.2006. 78: 17 Schilling A. et al, Nature.1993. 363: 56-58. Schrieffer J.R.,Brooks J.S., Handbookof High-Temperature Superconductivity, Springer, 2007. Ovshinsky S.R. et al, Phys. Rev. Lett. 1987. 58:2579-2581. Cai X. et al, Phys. Rev. Lett. 1987. 58:2798-2801. 向涛， d 波超导体，科学出版社， 2007. 【延伸阅读】超导“小时代” (1) ：慈母孕物理超导“小时代”(2)：人间的普罗米修斯超导“小时代” (3) ：鸡蛋同源超导“小时代” (4) ：电荷收费站超导“小时代” (5) ：神奇八卦阵超导“小时代” (6) ：秩序的力量超导“小时代” (7) ：冻冻更健康超导“小时代” (8) ：畅行无阻超导“小时代” (9) ：金钟罩、铁布衫超导“小时代” (10) ：四两拨千斤超导“小时代” (11) ：群殴的艺术超导“小时代” (12) ：形不似神似超导“小时代” (13) ：双结生翅成超导超导“小时代” (14) ：炼金术士的喜与悲超导“小时代” (15) ：阳关道、醉中仙超导“小时代” (16) ：胖子的灵活与惆怅超导“小时代” (17) ：朽木亦可雕超导“小时代” (18) ：瘦子的飘逸与纠结超导“小时代” (19) ：二师兄的紧箍咒超导“小时代” (20) ：“绝境”中的逆袭; 个人分类: 超导小时代|9632 次阅读|4 个评论

专题讨论班：高温超导(第三讲)（陈帅）: GrandFT 2016-5-18 17:14; 专题讨论班:高温超导(第三讲) 时间:2016年5月19日周四上午10：15 地点:天津大学北洋园校区32楼343室主讲人:陈帅这次我会把余下的符号结构讲完。除了这个，这次还会高温超导的基态波函数和掺杂两个空穴的构型。; 个人分类: 专题讨论班|1555 次阅读|0 个评论

专题讨论班：高温超导(第二讲)（陈帅）: GrandFT 2016-5-17 19:53; 题目: 高温超导(第二讲) 时间: 2016年5月18日周三下午2点地点:天津大学北洋园校区32楼343室主讲人:陈帅这次会回顾上次讲的高温超导图像，并详细介绍t-J模型中的符号结构。如果允许，会附带介绍数值计算中的符号问题。; 个人分类: 专题讨论班|1603 次阅读|0 个评论

室温超导材料会成为现实吗？: 热度 6 taoyingyong2014 2015-5-4 21:59; 1911 年，荷兰莱顿大学的昂内斯在将汞冷却到零下268.98℃时，却意外的发现汞的电阻突然消失；昂内斯把这种金属或者合金在低温下失去电阻的特性，称为超导态。自此之后，超导时代被开启了。汞（水银）卡末林·昂内斯不过遗憾的是，自从昂内斯1911年发现超导以来，金属、合金材料的超导转变温度总是徘徊在零下260度左右。这距离超导材料可以被用于人类的实际生活还差的太远太远。更让人感到气馁的是，著名的BCS超导理论断言：超导材料的转变温度不可能高于零下240度。这让许多物理学家一度怀疑：超导是否真的可能被应用到人类日常生活中去。大家可以想象一下，假如超导材料的转变温度真的可以被提高到室温20度左右，那将会给我们的世界带来多么巨大的变化？由于超导体中电流的输送可以无视电阻，输运过程也不会有一丁点损耗，这意味着我们所使用的任何电子器具将不再担心电能损耗。不妨想象一下，假如室温超导可以实现，那么您的 iPhone 手机充一次电就可以用上几个月。 iPhone 正是因为超导技术背后的诱人前景，物理学家一直没有放弃室温超导的梦想。转机在1986 年的 10 月份，瑞士苏黎世实验室柏诺兹等人发现 Ba-La-Cu-O 铜氧化材料的超导转变温度将高于零下240度。这就打破了BCS超导理论的所谓“断言”，由此而引发了一轮寻找高温超导的热潮，至今方兴未艾。到目前为止，高温超导材料的最高转变温度已经趋近零下100度。室温超导尽管超导材料的转变温度被不断的提高，但是物理学家却一直难以找到一种物理理论来解释高温超导的成因。并且，正因为找不到形成高温超导的原因，人们提升超导转变温度的过程，更像是在“瞎子摸象”。 2015 年4月份我们在预印本网站 arXiv 提交了一篇论文 Scaling Laws for Thin Films near the Superconducting-to-Insulating Transition 。我们的研究发现提高超导转变温度取决于三个条件：材料要尽可能薄、材料的（薄膜）电阻要尽可能小、材料内电子数密度要尽可能大。具体研究内容可见论文网址： http://arxiv.org/abs/1504.07097 我们的理论结果显然，要同时实现这三个条件是相当苛刻的，但是也并不是没有可能。这就为寻求室温超导材料指出了一个可能的方向。值得提及的是，我们论文的理论研究结果已经被美国麻省理工学院的实验人员Y.Ivry等人所证实（事实上，我们的理论研究正是为了解释他们的实验结果），他们的相关实验成果发表在2014年12月份的《美国物理评论B》上。 Y.Ivry等人的实验结果可以想象不久的将来室温超导材料会成为现实吗？室温超导材料可用于磁悬浮高速列车、无损耗的发电机、变压器、储蓄电池和输电线、功能强大的超级计算机等等。如果便宜且容易获取的材料真能在室温下实现超导，毫无疑问那必将引发一次新的现代工业革命！; 5072 次阅读|13 个评论

超导呼唤理论创新结束cooking时代: 热度 6 wliming 2013-10-25 09:31; 1986年铜基高温超导问世，打破传统低温超导的39K麦克米兰极限，超导在国际上刮起了阵阵旋风。2000年前后超导研究处于低潮。5年前，日本人发现的铁基超导又一次轰轰烈烈地宣起一阵研究狂潮。不过，这27年，超导基本上还是处于cooking时代。大家就跟炒菜的时候添油加醋一样，把各种元素混合起来碰运气。超导的理论机制研究远远地落后于实验进展，对实验完全失去了指导作用。有一个现象，大家也应该注意到了，NATURE, SCIENCE上发表的超导研究文章，基本上都是实验方面的。理论家有愧啊，愧对于超导实验的飞速前进。这是物理学历史上少有的事情。超导理论也不是完全没进展。1957年的BCS理论，提供了超导机制了基本框架：电子在某种胶水的作用下两两配对。低温超导的胶水主要是声子，也就是晶格振动产生的库伦屏蔽效应，导致费米面上的有效吸引力。这个BCS理论，得到了实验的强有力的支持，获得了1972年的诺贝尔奖。高温超导中，配对仍然存在，但大家认为声子机制不适用了。这里面可能有一点投机心理，扔了BCS，搞个新的理论，无疑是很有诱惑力的。现在比较公认的机制是，自旋涨落起了胶水的作用。所谓自旋涨落，可不是我们通常意义上的如环境涨落一样的随时间变化的噪声，而是一种发生在同一时刻的各种自旋态的集体效应。比如两个电子的自旋，就有这样的四种可能：$\uparrow\uparrow, \uparrow\downarrow, \downarrow\uparrow, \downarrow\downarrow$. 这里面就有自旋涨落，每个格点上的自旋在$S_i\cdot S_j$关联的作用下既有朝上的又有朝下的成分。超导体中大量的电子（$10^{23}$数量级）的自旋涨落提供了配对的胶水。所以，大家都想在有显著自旋关联的材料中寻找高温超导。严格地讲，由于相互作用的强烈（称为强关联），人类目前还没发明一种处理高温超导系统的相互作用的数学方法。这是目前超导研究的巨大障碍。所以，各种理论模型，只能这样近似那样近似。近似方法不下几十种，模型也就多如牛毛（基本上都是Hubbard 模型，t-J模型的变种）。这里面，平均场近似是用的最多的。但由于强关联，这个近似被普遍认为不恰当，通常来讲，平均场近似是想有什么结果就可以有什么结果。这也是不得已，人们还得用。所以，超导面临的理论困境是很严峻的，是对人类智慧的挑战。; 个人分类: 物理学|3722 次阅读|15 个评论

一位意大利教授发来邮件表示欣赏我的一篇文章算不算喜事?: 热度 1 wliming 2013-6-15 09:55; 今早打开邮箱，发现一封来自意大利的一位教授的邮件，他写到I have seen with high interest your paper in JOSC The fermi arc and fermi pocket in cuprates in a short-range diagonal stripe phase I would like to drive your attention to the fact that while I agree and appreciate your work, ....。当然这是前面的客气话，他后面的意思是，我没有引用几篇实验文章（符合我的理论结果），希望我关注。不管怎么讲，一大早我还是高兴了一阵子，毕竟小小文章总算蒙到了一个教授。事情是这样的：高温超导铜氧化物中普遍存在赝能隙，在能隙节点附近出现费米弧或费米口袋。很多理论文章对这个赝能隙提出了理论解释，其中一种是横向条纹相模型。这种条纹相有个明显的缺点，它产生的费米口袋关于能隙节点不对称。这与实验结果不一致。我最近的文章提出了一种对角条纹相模型，计算结果跟实验非常符合，无论是费米口袋的位置，大小，还是那些所谓的影子带。可是，STM实验表明对角条纹只存在于5.5%掺杂水平以下。所以，我用的是短程的对角条纹相。当时没注意到已经有这方面的实验结果。这位意大利教授给我提供一些实验工作的文献。算我查我文献不仔细。关于这个对角条纹相的工作，我前两年申请基金，没通过。嗨，日子还得过，现在工作出来了，得到一点鼓励还是值得欣慰。; 个人分类: 物理学|1513 次阅读|3 个评论

[转载]日本启动首个高温超导电缆并网送电实证试验: mhchx 2012-11-1 08:28; 根据日经 BP 社报道 ,东京电力、住友电气工业、前川制作所于 2012 年 10 月 29 日启动了日本首个将高温超导电缆并入电网的超导送电实证试验。将在今后 1 年间连续用于实际送电，以检验运用性、可靠性及安全性。此次实证试验在东京电力的旭变电站（日本神奈川县横浜市）内实施，该变电站有三台变压设备，用于将发电站输送来的 154kV 电力变压为 66kV ，此次试验对三台设备中的一台进行了改造，将 240m 的超导电缆连接到了电压降为 66kV 后的送电部分上。由于是实证试验，因此将超导电缆有的部分以 5m 的曲率半径弯曲进行布线，有的部分铺设在地下，此外还在中途设置了中间连接部（接头）以及从超导电缆切换至普通铜线布线的终端连接部（终端），将对包括电线的铺设、运转、维护检修在内的综合可靠性展开实际验证。超导电缆采用住友电气工业开发的铋类高温超导线 “DI-BSCCO” ，采用将 3 根高温超导电缆收放在一条隔热管道中的 66kV 、 200MVA 级 “ 三芯一体型超导电缆 ” 。这种电缆采用不锈钢制造的双层隔热管，在不锈钢之间做真空处理以便隔热，并在有电缆的部分流过 69K （－ 204 ℃ ）的液氮来冷却。冷却系统由前川制作所负责制造。在冷却系统的设备间内设置了 6 台 1kW 制冷机、 2 台循环泵以及液氮存储罐。此次的实证试验需要 3.5kW 左右的能力，而制冷机的寿命只有 8000 小时左右，因此将对 6 台制冷机进行维护检修，维持其冷冻能力。设置两台循环泵是为了在发生故障时实现故障保护，平时是提高其中一台的负荷率来使用。超导电缆的优点是能量损失少，可用更细的线缆来输送大功率电力。使用目前正在开发的高效制冷机的话，估计超导送电的损失为 50W/m ，只有原来使用铜线送电时的一半。另外在市区内，还可替代原来在直径 2.1m 的坑道内铺设 275kV 电缆（铜线 3 根 1 组 ×3 线路）和水冷管的施工方法，使用超导电缆只需 3 根直径 150mm 的电缆即可，因此能够用已有的管路输送更大功率的电力。成本问题方面，争取在 2020 年使利用超导电缆的建设费用 “ 减至包括坑道工程在内的以往铺设费用的一半 ” （东京电力）。; 个人分类: 新闻|2112 次阅读|0 个评论

逐个评论大卫•格罗斯对“物理学的未来”所提25个问题(18): 可变系时空多线矢主人 2011-5-23 11:00; 逐个评论大卫·格罗斯对“物理学的未来”所提 25 个问题 (18) 17 ．高温超导体 ( 接 (17)) 我们的周年纪念会议上主要是从事基础研究的理论家，但下一个问题，即第 17 个问题，却是关于应用的，这是一个非常有趣的问题。我们能不能懂得如何制造室温甚至室温以上的超导材料？按凝聚态物理学家所说，没有理由相信你不能得到室温超导体。然而当前的理论还不够好，不能断定是否可能获得室温超导体。另外一个吸引人的问题是：我们能不能懂得如何制造室温铁磁体——一种普通的，但不是由铁，而是由可加工处理的电子（半导体）材料制成的铁磁体？如果可以，那么人们就可以在微观层次上对它进行操作，对理论家来说这是一个非常有趣的目标和一个极好的题目。评论：按时空 2 线矢 ( 例如：对于电磁场强度 2 线矢 = 电磁势 1 线矢的旋度，动量矩 2 线矢 = 位置 1 线矢，叉乘动量 1 线矢，自旋 2 线矢 = 动量 1 线矢的旋度，等等 ) “相宇”的统计力学，即：设是各的时间导数，由粒子数 N ，及其运动状态的总和点乘的两个不变条件，确定 a 、 b 。由此可得到粒子相应的波函数，亦即：相应显含时间的 6 维时空多线矢“最可几分布函数”。具有多种不同粒子的统计，应按多种不同粒子求得各相应的最可几分布。对于自旋或旋度 2 线矢的“最可几分布”就是其取向的最可几分布，如果它是近乎“得而塔（么正）函数”的形式，就会出现最可几分布是自旋或旋度取向一致的情况。磁性是各相邻分子的磁场 ( 包括电磁势 1 线矢的旋度和相应电子的自旋所产生的 ) 方向一致形成的，超导是各相邻原子、分子的电子自旋方向一致，因而相邻电子在跃迁传递的过程中，不致部分转变成热能，而形成的。因而，由此可反映磁性和超导等特性的形成和变化规律。通常把自旋或旋度只当作方向相同与相反的两种情况处理，只是这种状态的简化特例。也并不能具体说明取向相同或相反的原因和条件。由各多线矢的最可几分布可求得各相应物理量多线矢相应的平均值。例如：由均方根动能确定相应的温度，和相应的旋度、动量矩、自旋，等等的取向都可由各相应的最可几分布求得。因而，显然，相应的旋度、动量矩、自旋，等等的取向情况都会随相应的温度的变化而改变。这应能解释并求得物体的磁性和超导等特性的形成和随温度变化的规律。对于各种 3 维空间点阵分布的、一定的有效范围内的，大量粒子的各种多线矢都可按各仿射系多线矢及其矢算求得各自不同的分布状态，对它们进行的统计，都分别有各自不同的最可几分布。对于距离较远的粒子对最可几分布的作用就会因距离较远和受较近粒子的屏蔽作用，而显著降低，以致可忽略不计。对于不同的点阵结构，以上的各种情况，也都会有显著的差别。因而点阵结构对磁性和超导等特性的影响很大。对于各种点阵结构须按仿射系矢量及其矢算。使有关运算更较复杂。还应计及相应电子云相应分布的作用。而电子云的相应密度分布可由点阵结构元包内电磁势的平衡条件确定。如果某种点阵结构中接近原点的各节点和相应电子云对最可几分布产生的作用显著地大于距原点较远的各节点相应电子云产生的作用，最可几分布就可出现近乎“得而塔（么正）函数”的形式，就会出现最可几分布是自旋或旋度取向一致的情况。因而可选择有利于磁性和较高温度超导等特性的点阵结构物质。显然，对于某种点阵结构的物质，其磁场强度方向和自旋方向的统计能够形成近乎“得而塔（么正）函数”形式的条件是不同的，因而，磁性和超导不会同时出现。以便上这些，也都正符合迄今已知的实测情况。表明，这些问题都可由可变系时空多线矢物理学予以解决。 ( 未完待续 ); 个人分类: 物理|3565 次阅读|0 个评论

高温超导的水深又浑: wliming 2011-3-6 14:06; 这个领域充满了各种大牛人,小牛人, 还有很多没露面的牛人虎视眈眈. 一般人可能不知道, 这里的水深得很而且很浑. 这里无论什么现象, 都有一群牛人争先恐后, 各不相让. 模型千千万, 好像这些牛人身上的毛. 没两把刷子,在这里插手不容易.; 个人分类: 物理学|65 次阅读|0 个评论

为什么超导界对苏刚的证明置若罔闻？: wliming 2010-12-28 09:39; 科学院研究生院苏刚研究员从理论上严格证明了HUBBARD 模型，t-J 模型都不可能产生超导（没有非对角长程序），而且得到了国际上一些著名学者的承认。可是，高温超导学界，仍然普遍地把这两个模型作为高温超导的出发点。这是为什么？; 个人分类: 物理学|1798 次阅读|1 个评论

苏刚谈高温超导理论必须满足的条件: wliming 2009-11-20 18:19; 中国科学院研究生院苏刚教授在一篇文章《基于HUBBARD, t-J 及GOSSAMER模型的高温超导理论有关研究进展》中讲到，二维格子上的HUBBARD模型肯定不能产生高温超导（有严格证明），t-J 模型也不大可能，而GOSSAMER模型有可能。他最后给出了高温超导理论必须满足的条件： 1. 能给出高温超导体超导态的主要特征以及正常态的反常性质； 2. 能解释电子配对的形成机制以及D波对称性的来源； 3. 能解释正常态中赝能隙的物理根源； 4. 形式上简洁简单。; 个人分类: 物理学|2229 次阅读|5 个评论

给国际超导物理学家们提个建议: 热度 1 yunping 2009-4-15 19:06; 我在第一篇博文里提到了量子干涉的三个基本原理，这三个原理虽然是不依赖于量子光学存在的普遍规律，但证明这些原理的实验证据大多数来自于量子光学的研究中，量子光学领域的专家们对这些原理的认识更多地建立在丰富的感性认识的基础之上，他们能够真正理解并接受这些原理。但对固体物理领域的专家来说，就普遍缺乏这种感性认识，他们即使认可这些原理，也没有象量子光学家那样深刻理解。上个世纪初，爱因斯坦、德波罗意等人在量子力学发展过程中，表现出了非凡的理性思维。爱因斯坦在看到玻色寄来的关于黑体辐射的理论解释的论文后，能够马上想到把玻色所解决的光子问题推广到更一般的粒子上，于是有了玻色爱因斯坦统计和玻色爱因斯坦凝聚。德波罗意把光子的波动性推广到一般粒子，于是有了量子力学的物理基础。量子光学中的双光子干涉实验早在1981年就有了第一个实验，而到现在超导物理学家们还不能理解光子对和电子对的量子干涉之间有什么相通的地方。所以我建议国际上的超导物理学家们（特别是理论物理学家们）学一点量子光学，特别是其中双光子干涉的内容，不然不可能正确理解量子力学，不可能理解超导量子干涉，不可能理解超导波函数，也就不可能真正理解超导。（当然，以出文章为最终目的物理学家们不在我的建议对象之列。）量子力学是固体物理的基础，固体物理是超导物理的基础。如果一个超导理论违背量子力学，从理性的角度考虑，我们应该首先怀疑这个超导理论，而不是怀疑量子力学，因为量子力学的基础远比任何一个超导理论都要坚实得多。超导物理是凝聚态物理中最吸引人的研究领域，凝聚态物理领域里的绝大多数理论物理牛人都曾经从事过超导研究。在凝聚态物理领域里曾经获得过诺奖的理论家中几乎所有人都从事过超导研究，这些人包括 Leggett(1938-)、Abrikosov(1928-)、Ginzberg(1916-2005)、Laughlin(1950-)、De Gennes(1932-2007)、mott(1905-1996)、Anderson(1923-)、Josephson(1940-)、Bardeen(1908-1991)、Cooper(1930-)、Schriffer(1931-)、Landau(1908-1968)等，其中在1986年高温超导发现后投身于高温超导研究热潮中的就有Anderson、Schriffer、Laughlin、 Leggett、mott、Ginzberg、Abrikosov等七位，其他没有参与的要么已经过世，要么已经退出凝聚态物理圈子。可见，超导物理的研究阵容是超豪华的。但就是这样一个集中了凝聚态物理精英的研究团体，在经过了二十多年的高温超导研究以后，仍然没有能够正确理解高温超导的量子干涉，没有正确理解高温超导的超导波函数。这其中的原因，我觉得主要还在于大家都以为别人已经把它搞清楚了，那么就不值得计较了，拿来用就行了，因为还有更重要的科研任务要做。DNA双螺旋结构的发现者之一Francis Crick在参观完冷泉港国家实验室后说过这样一句话他们太忙了，忙得忘了思考。超导物理的理论家们倒没有忘了思考，但他们忘了对基本问题的思考，而把思考精力集中在那些很多假定基础上建立起来的理论的细节上。他们太忙了，忙了二十多年，没得一丝空闲，我对这种勤勤恳恳的态度深表钦佩。问题是再精美的房子，如果建造在流沙之上，那肯定只会是兔子尾巴。亚里斯多德是物理学的祖师爷，是古希腊哲学家中最博学的人物。但他有个很有名的错误观点，他认为重的物体比轻的物体下落速度快。这个观点在后来将近两千年的时间内一直被认为是金科玉律，但是四百年前的伽利略在他的《对话》一书中用极其简单的逻辑推理，三言两语就把金科玉律给否定了。在伽利略之前的近两千年时间内，也曾经有过很多优秀的科学家，他们为什么就没有发现并纠正这个错误呢？问题就出在轻信这两个字上面。知道的不等于理解的，要论证一个观点应该要用自己理解的内容去论证，而不是用那些自己仅仅知道而不理解的东西作为论据。因为如果仅仅是知道的话，就没有能力对这些内容做真伪判断。用自己不理解的东西作为论据就不是科学态度。谈到科学态度，其实我们两千多年前的孔老夫子对待知识的态度就是科学态度，《论语为政》中说:知之为知之，不知为不知，是知也。郑融老师的一篇博文标题说得好：欲识真理，勿轻信之。他在博文正文中很好地论证了，不轻信对于科学研究的重要性。附：我们论证高温超导波函数理论存在逻辑悖论和违背量子力学基本原理的文章 http://cn.arxiv.org/abs/cond-mat/0210285; 个人分类: 超导|20517 次阅读|26 个评论

高温超导波函数理论中存在错误的简单介绍: yunping 2009-1-9 08:05; 超导波函数是超导理论的基础，如果把超导波函数中最基本的概念搞错，那么再高深的超导理论都是空中楼阁。当今超导界关于高温超导波函数的理论正是存在着这种错误。错误的产生应该只是来自于小的疏忽，但在后面的理论发展中会被不断放大。大家都知道这样的常识，如果某人撒了一个谎，那么他以后为了避免谎言被戳穿，他需要撒几个的谎。为了圆这几个谎，他不得不撒更大、更多的谎，如此恶性膨胀。高温超导波函数理论中存在错误肯定不会仅仅在一个方面表现出来，我们发现有下面这些错误：（1）波函数理论用于解释相位敏感实验会出现悖论。（2）认为超导配对对称性可以从相位敏感实验（即超导量子干涉实验）中获得的想法违反了量子力学基本原理中粒子内部状态不可能通过干涉测量的原理【参见第一篇博文 http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=208581 中第三条原理】（3）Cooper对由两个粒子组成，要对Cooper对完全描述需要关于两个粒子位置（或动量）的双体波函数，或者是一个整体波函数加一个内部相对运动的波函数。但现在很多人用一个单体波函数号称既描述了整体又描述了内部。（4）当初常规超导体上引入能隙波函数来描述超导波函数是有前提条件的，高温超导中不满足这些条件。（5）超导序参量表示成配对粒子动量的函数本身存在逻辑错误。（6）关于相位敏感实验的理论违反了量子力学基本原理中干涉中粒子路径不可测的原理【参见第一篇博文 http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=208581 中第二条原理】（7）现在的理论还隐含着这样的错误：认为位置和动量这一对共扼量是对称的，实空间中成立的东西原封不动地搬到动量空间也认为是成立的。但事实上，超导是一个定态，能量具有确定值使得动量（Cooper对整体动量）也是确定的，而位置则不确定，位置和动量并不对称。对以上错误，我们以后会比较仔细地一一说明，这里只是简单介绍一下。其中（1）（2）（3）条在我们的论文 http://cn.arxiv.org/abs/cond-mat/0210285 中已经有所说明。; 个人分类: 超导|14430 次阅读|20 个评论

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标签: 高温超导

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