【奈米】磁化的磁化：低溫超導和高溫超導的相變機制及其影響因素！

什麼叫做磁化

最近比較關注超導體的理論研究。主要因為我們還沒有真正的高溫超導體理論機制。而這種相變機制是我很感興趣的。

在開始低溫超導和高溫超導的介紹之前，我先介紹一種常見的相變現象：磁化現象。

鐵磁體在兩種情況下會發生磁化。一種是將它放在外磁場中進行磁化，它就會從沒有磁性變成有磁性。另一種是將它放在低溫環境下，當溫度低於鐵磁體的居里溫度時，鐵磁體自發產生磁性。

這兩種磁化的機制一種可以看作是

高溫誘導磁化

，另一種則是

低溫自發磁化

。分別對應於強迫對稱破缺和自發對稱破缺兩種相變機制。

透過鐵磁體的磁化相變，我們可以知道，

同一種相變可以有不同的機制。溫度只是其中的一種可能機制。

那麼，超導現象中的低溫超導和高溫超導的機制也絕不可能是一樣的。很多科學家致力於將低溫超導的BCS理論推廣到高溫超導中去，在我看來，這是徒勞的。

BCS超導的核心機制可以如下表述：電子聲子相互作用，隨後導致電子和電子間產生吸引勢，這個有效吸引勢能在某個長度上克服了電子之間的庫倫排斥勢，產生了淨吸引勢，因而生成了庫伯對。

在生成庫伯對之後，如果在庫伯對附近又產生了庫伯對，那麼這個淨勢能就會互相疊加，最終形成了宏觀淨吸引勢能。

庫伯對就像水倒入杯子一樣處在這個淨勢能中。在這個情形下，所有庫伯對都處在宏觀量子態上，這就是超流態，在此狀態下，庫伯對可以在超導體內自由流動，不會受到任何阻力。

超流態的原理其實就是動量凝聚，也就是說庫伯對的動量都一樣。根據海森堡不確定原理，當動量趨於同一個值時，單個庫伯對的位置完全不確定，因而也就不存在位置改變的阻力了。當存在外電場時，庫伯對形成了穩恆的同向流動。就形成了超導電流。

雖然上面的機制看起來非常複雜，但核心只有一個，

在超導體內形成電子間淨吸引勢，且可以克服庫倫排斥勢。

我們來看看為什麼BCS超導需要那麼低的溫度。電子-聲子相互作用其實非常微弱，這種弱耦合很容易被晶格的熱振動破壞。因為熱振動其實代表很多的噪音振動。高頻的振動代表高頻的聲子，而高頻聲子和電子之間的耦合強度實際上更小，這就說明更難形成庫伯對。即便形成庫伯對，相互作用太弱也使得庫伯對很難和鄰近的庫伯對

共勢

。所以必須壓低高頻聲子來穩定住庫伯對，也就是降低溫度。

那麼可不可以跨越這個低溫約束呢？

從鐵磁相變來看，我們必須改變思路才行。作為預告，我在下一篇文章中科普一下第二類超導體。