兩帶模型與二硼化鎂的超導(dǎo)電性.pdf

1、自1911年荷蘭物理學(xué)家昂尼斯首先發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)電性以來，超導(dǎo)研究一直是人們關(guān)注的熱點問題。特別是1986年發(fā)現(xiàn)了氧化物高溫超導(dǎo)體以后，更是在全世界掀起了超導(dǎo)研究的熱潮。2001年1月10日，日本青山學(xué)院秋光純教授宣布二硼化鎂材料具有超導(dǎo)電性，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度高達39K。MgB2超導(dǎo)電性的發(fā)現(xiàn)掀起了對簡單化合物超導(dǎo)體研究的熱潮。人們使用各種現(xiàn)代化的研究手段，對二硼化鎂超導(dǎo)體及相關(guān)材料的物理性質(zhì)進行了重點研究。 本論文在弱耦合條件和兩帶模型

2、的基礎(chǔ)上，通過在配對勢引入非電聲作用，研究了新型超導(dǎo)體MgB<,2>的超導(dǎo)電性，得到了與實驗一致的結(jié)果。 在第一章，我們簡要回顧了超導(dǎo)電性的發(fā)現(xiàn)及超導(dǎo)理論發(fā)展的歷程、超導(dǎo)體的基本性質(zhì)、BCS理論及其主要結(jié)論和兩帶模型。 在第二章，我們詳細介紹了世界各國研究人員對二硼化鎂超導(dǎo)體研究的成果，其中包括超導(dǎo)體MgB<,2>的結(jié)構(gòu)、同位素效應(yīng)、壓力影響、霍爾效應(yīng)、元素替代、臨界磁場、超導(dǎo)機制，同時也介紹了研究MgB<,2>超導(dǎo)體的

3、意義及其它相關(guān)化合物的研究。結(jié)果表明，MgB<,2>具有聲子媒介超導(dǎo)體的基本特征，可以在BCS理論的框架內(nèi)討論它的超導(dǎo)電性。與此同時，我們注意到，與其它具有相似晶格結(jié)構(gòu)的化合物相比，MgB<,2>并沒有什么特殊之處，但它卻擁有遠高于其它金屬間化合物，高達39K的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度：另外，實驗還表明，MgB2超導(dǎo)體總的同位素效應(yīng)指數(shù)僅為0.3，明顯偏離BCS的理論值1/2。所有這些都告訴我們，MgB<,2>并非一個純粹的BCS超導(dǎo)體，單純的電子

4、一聲子耦合機制不能很好地解釋它的超導(dǎo)電性，還需要考慮到某種非電子一聲子相互作用的貢獻。于是在第三章和第四章，我們利用考慮了非電子一聲子相互作用的兩帶模型對二硼化鎂的超導(dǎo)電性進行了研究。 在第三章，我們通過引入非電子．聲子相互作用，利用兩帶模型來解釋MgB2的超導(dǎo)電性，并且使同一組參數(shù)分別計算了MgB<,2>超導(dǎo)體的臨界溫度、同位素效應(yīng)指數(shù)、零溫能隙及比熱的躍變，所有計算結(jié)果都與實驗基本一致。同時也說明，討論二硼化鎂超導(dǎo)電性的時候

5、，考慮到非電子一聲子相互作用是必要的。在第四章，我們通過在配對勢中引入非電子．聲子相互作用，在BCS理論框架下，推導(dǎo)出MgB<,2>超導(dǎo)體臨界溫度和同位素效應(yīng)指數(shù)的方程，計算得到MgB2超導(dǎo)體的臨界溫度T<,c>=38K以及同位素效應(yīng)指數(shù)α<,B>=0.27，這與實驗結(jié)果是一致的，并且指出帶內(nèi)非電子．聲子作用比帶間非電子-聲子作用對同位素效應(yīng)的影響要大。 在第五章，我們在配對勢中唯象地引入非電子-聲子作用，在弱耦合條件下研究了電

6、子-聲子作用、非電子-聲子作用和直接庫侖作用共存超導(dǎo)體的同位素效應(yīng)。在(a)ω<,np><ω<,D?和(b)ω<,np>>ω<,D>兩種情況下，討論了非電子一聲子作用對同位素效應(yīng)的影響，ω<,np>和ω<,D>分別是電聲作用和非電聲作用的截止頻率。結(jié)果表明，在情況(a)中非電聲作用λ<,np>只能改變α的大小，而不能改變α的符號，當(dāng)α<0時，超導(dǎo)體中非電聲機制占統(tǒng)治地位，電聲機制處于次要地位；在情況(b)中非電聲作用λ<,np>既能夠改