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什么是超导性的BCS理论
bcs理论：探索其在高温超导体中的基本原理和挑战Bardeen-Cooper-Schrieffer（BCS）理论是凝聚态物理学的一个关键概念，为自1957年以来提供了超导性的显微镜解释。这种现象涉及在临界阈值以下的温度下进行电力无电的材料。BCS理论的关键在于库珀对的形成，尽管它们是自然的排斥，但它们是一对电子。在低温下，这种配对是通过声子介导的吸引力在超导体的晶格结构中促进的。基态和首先激发状态之间的能量差距在维持超导性中起着至关重要的作用。BCS理论在各个领域都具有深远的影响，包括使用MRI机，粒子加速器和量子计算的医学成像。它的影响超出了对核物理，天体物理学和中子星研究的超导性，赢得了创作者约翰·巴丁（John Bardeen），莱昂·库珀（Leon Cooper）和罗伯特·施里弗（Robert Schrieffer），1972年诺贝尔物理学奖。然而，BCS理论面临着在1980年代发现的高温超导体的挑战。这些材料在温度下表现出超导性能，远远高于BCS理论的预测，这表明了另一种机制。研究人员正在探索理论，例如BCS-BEC交叉和磁波动，以了解这些现象。非常规超导体由于其不同的对称特性而构成挑战。这导致了新的理论模型的发展，这些模型试图扩展或补充原始的BCS框架。超导性的应用导致了MRI和粒子加速器以外的技术进步，包括材料科学方面的重大发展。bcs理论是理解超导性的基本框架，尽管局限性地解释了高温和非常规的超导性，但仍对其性质和指导技术创新提供了深刻的见解。该理论将超导性描述为由cooper Pairs Pairs Pairs的核物理学引起的微观效应。Bardeen，Cooper和Schrieffer于1957年提出了BCS理论，于1972年在1972年获得了诺贝尔物理学奖。在1950年代中期，超导性的势头取得了进展，从1948年的1948年论文提出的一致性是由于现象学方程而提出的一致性。温度和压力具有显着的关系，温度受压力变化的强烈影响。虽然BCS理论被广泛接受为超导性的基本解释，但人们认为其他因素正在发挥作用，有助于这种现象。这些潜在的机制尚未完全理解，甚至可能在低温下控制某些材料的行为。在极低的温度下，费米表面附近的电子变得不稳定，从而形成了库珀对。在常规超导体中，这种吸引力通常归因于电子 - 武器相互作用。这种现象首先是由库珀观察到的，他证明了结合是在有吸引力的潜力的情况下发生的，无论其强度如何。相比之下，BCS理论仅要求潜在具有吸引力，而无需指定其起源。该框架将超导性解释为库珀对凝结产生的宏观效应，库珀对表现出了一些玻色子性能。在足够低的温度下，这些对可以形成大型的玻色网凝结物。通过使用Bogoliubov变换，尼古拉·博格洛博夫（Nikolay Bogolyubov）也独立地开发了超导性的概念。在许多情况下，通过与振动晶体晶格（Phonons）的相互作用，间接引起配对所需的电子之间的有吸引力的电子相互作用。此过程涉及一个吸引晶格中附近正电荷的电子，导致另一个电子移入较高的正电荷密度区域。随着这些电子的相关性，它们会形成高度集体的冷凝物。打破一对所需的能量与超导体内所有对中的所有对所需的能量密切相关，从而使外力更难破坏配对。这种集体行为对于理解超导性至关重要，因为它使电子能够抵抗外部影响并保持通过超导体的恒定流动。BCS理论从假设电子之间的相互作用的假设开始，这可以克服库仑排斥。高温超导性的行为很复杂，尚未完全理解。虽然这种吸引力通常是间接的，这是由电子晶格耦合引起的，但基本机制对于理解理论的结果并不是至关重要的。实际上，在没有这种相互作用的系统中观察到了库珀对，例如同质磁场下的费米亚的超速气体。bcs理论提供了金属中量子力学多体状态的近似，从而通过有吸引力的相互作用形成了库珀对。在正常状态下，电子独立移动；但是，在BCS状态下，由于吸引力的潜力降低，它们被绑定在一起。形式主义是基于波函数的变异ansatz，后来证明在对的密集极限中是精确的。尽管取得了重大进展，但稀释和致密政权之间的跨界仍然是一个空旷的问题，吸引了超低气体领域的关注。BCS理论的关键方面包括带隙，临界温度和同位素对超导性的影响的证据。测量值，例如临界温度附近的热容量的指数增加支持超导材料中能量带镜的存在。随着温度升高的结合能的降低表明电子与晶格之间的相互作用逐渐减弱。必须通过改变所有其他对的能量来打破一个能量的差距。与普通金属不同，在正常金属中，电子状态可以随着少量的添加能量而变化，当超导性停止时，该能隙在过渡温度下消失。BCS理论提供了表达式，以表明差距在费米水平上以吸引力和单粒子密度的强度生长。它还解释了当材料进入超导状态时状态的密度如何变化，而在费米水平上没有电子状态。在隧道实验和超导体的微波反射中，最直接观察到了这种能隙。BCS理论预测了能量差距对温度的依赖性，包括其在零温度下的通用值。在1950年，两个独立的小组在使用不同的汞同位素时发现了超导性的同位素效应。这一发现很重要，因为它揭示了同位素的选择可能会影响材料的电性能和晶格振动的频率。同位素效应表明，超导性与晶格的振动之间的联系，后来成为BCS理论的关键组成部分。由其中一个组进行的Little -Parks实验提供了早期的迹象，表明库珀配对在超导性中的重要性。通过对二吡啶镁等材料等材料的研究进一步探讨了这一原理，该材料被认为是BCS超导体。BCS理论发展中的关键里程碑包括John Bardeen，Leon Cooper和John Schrieffer的作品，后者发表了有关库珀对中电子超导性显微镜理论和电子结合能的论文。他们的工作为我们理解超导性及其与晶格振动的关系奠定了基础。后来的发现，例如Bednorz和Müller在1986年的发现，揭示了某些材料中高温超导性的潜力。最近，研究继续探索这种现象，并在2011年报告了值得注意的发现。BCS理论是理解超导性的基石，它源于W. A.和Parks R.D.在1962年发表的超导缸中量子周期性的观察。这一理论是由莱昂·库珀（Leon Cooper），约翰·巴丁（John Bardeen）和J.R. Schrieffer在1950年代后期的《绑定电子对的开创性论文and syproscopic理论》中进一步开发的。他们的工作为理解某些材料在比温度以下时如何表现出零电阻的基础奠定了基础。Schrieffer的书《超导性理论》（1964）以及其他文本，例如廷克汉姆（Tinkham）的“超导性概论”和de gennes的“金属和合金的超导性”，提供了对BCS理论的全面解释。该理论已被广泛接受，并且仍然是研究的主题，其应用在包括量子材料和超导体 - 绝缘体跃迁在内的各个领域。对该主题的著名作品的引用包括库珀的“堕落的费米气体中的绑定电子对”，巴尔丁的“超导性显微理论”和“超导性理论”。BCS理论已经进行了广泛的研究，许多研究人员为其发展做出了贡献。体育学提供了超导性的基础知识的介绍，而舞蹈类比为Bob Schrieffer所描述的BCS理论提供了创造性的解释。超导性的研究仍然是一个积极的研究领域，并持续努力理解和应用BCS理论中概述的原则。
泛函选择对钇钡铜氧超导体能带与电子性质的影响
高温超导体由于其独特的电子特性和非常规的超导行为而引起了极大的关注。尤其是，由高能离子植入，压力和电磁场等外部场引起的高体性超导材料的相变已成为研究热点。但是，潜在的机械主义尚未完全理解。第一原理计算被广泛认为是深入探索这些内在机制的有效方法。在这项研究中，使用第一原理计算来研究氧空位现象对不同功能下YBA 2 Cu 3 O 7（YBCO 7）的电子传递性能和超导性能的影响（PBE，PBE + U，HSE06）。结果表明，氧空位显着改变了带的结构，并且在不同功能的预测中观察到了考虑的差异。YBA 2 Cu 3 O 6（YBCO 6）的计算带隙范围为0至1.69 eV。较大的带隙表明是绝缘状态，而没有带隙的缺乏表明材料保持金属。通过将结果与实验结果进行比较，我们发现HSE06功能提供了最合理的预测。带隙的存在或不存在主要受铜轨道的影响。氧气空位会导致材料的C轴拉长，这与实验中He-ion辐照后X射线差异（XRD）分析中观察到的趋势是一致的。我们的发现有助于解释在外部田地下，尤其是He-Ion Irra-priation的金属 - 绝缘体相变，并为开发高温超导材料及其设备应用提供了理论基础和新见解。
（la，pr）3 ni 2 o 7膜中的环境压力超导性和电子结构
摘要自1911年发现超导性以来，追求高过渡 - 温度（T C）超导体一直是凝结物理学的核心重点。在丘比特和基于铁的超导体中的突破性超过了40 K麦克米兰极限，并将其确定为高温超导体。在2019年，在平面 - 平面无限层镍酸盐薄膜中报道了超导性，尽管t c <40 k。2023年，在高压加工的高压力摄入量下，biLayer ruddlesden-popper（RP）镍的液体氮气 - 温度超导率。在这里，使用巨大的氧化原子层逐层外观（goall-epitaxy）[1]，我们报告（LA，PR）3 Ni 2 O 7膜中的环境压力超导性[2]，具有40 k的发作t c。超导体 - 绝缘体过渡阶段图[3]。角度分辨光发射光谱（ARPES）测量[4,5]揭示了孔掺杂孔的多轨fermi表面。沿着布里渊区的对角线发现具有颗粒 - 孔对称特性的温度依赖性能隙[6]。这些环境压力镍超导体为揭示高温超导性机制提供了一个新的平台。参考文献[1]国家科学评论，NWAE429（2024）。[2]自然，doi：10.1038/s41586-025-08755-Z（2025）。[3] Arxiv：2502.18068。[4] ARXIV：2501.09255。[5] ARXIV：2501.06875。[6] ARXIV：2502.17831。查询：3943 6303
超过100个量子比特的超导量子计算
谷歌去年 12 月发布的 105 量子比特 Willow 处理器获得了广泛赞誉，不仅因为其质量和规模，还因为它能够承载低于阈值的表面码存储器——这种存储器可能对容错量子计算很有用 [ 1 ]。现在，潘建伟和他的同事们提出了祖冲之 3.0，它有 105 个量子比特，排列成 15 × 7 的阵列，还有 182 个量子比特耦合器（图 2 ) [ 2 ]。研究人员通过对 83 个量子比特的子集进行 32 个逻辑周期的随机电路采样来测试他们的新设备。他们确定，最强大的经典计算机需要数十亿年的运行时间才能模拟他们的量子处理器在 100 秒内生成的概率分布。这一性能比谷歌的 67 和 70 量子比特的 Sycamore 处理器 [ 6 ]（Willow 的两个前身）高出几个数量级。
导体长度对电阻型超导故障电流限制器应用
摘要 - 使用2次生成高温超导体（2G HTS）磁带的电阻型超导故障电流限制器（R-SFCL）的设计。一方面，当淬火发生在整个导体上（即限制机制）时，它应该承受最高的电场以降低其长度并使其具有成本效益。另一方面，它还必须应对热点制度。临界电流范围内的故障电流可以导致沿导体长度的局部耗散，从而在显示最低值值的部分上。来自低正常区域传播速度的2G HTS磁带的电流几乎没有限制会导致这些区域的温度升高，从而极大地威胁了它们的完整性。总而言之，导体体系结构适应了高电场，并获得了热点制度中最高温度的无损值。但是，导致这种最后提及的制度的𝑰𝑰变化取决于沿胶带的位置。本文旨在鉴定可变导体长度对𝑰𝑰变化的影响，并因此对热点制度的影响。我们首先研究长度对𝑰𝑰变化的影响。当导体长度增加时，最小临界电流往往会减小。这种行为可以通过Weibull分布来建模，假设最小临界电流与无限导体长度不同。为了评估对热点制度的这种影响，我们使用2G HTS导体的确定性1D建模来开发一种概率方法，该模型沿其长度考虑了𝑰𝑰𝑰𝒄不均匀性，以模拟R-SFCL行为。看来，导体越长，热点状态中的最高温度就越高。此外，两个相对长度相对长度的测量值在热点状态下呈现不同的最高温度的事实导致了一种方法，可以设计出所需长度的大规模制造导体，可稳健，以在任何𝑰𝒄的变化中生存在热点方案中。
一维金属性和π波段超导性在Rho-econizonate自由基煎饼
摘要：由钾和一氧化碳制成的凝结相的计算探索导致预测由环状六元的氧化碳阴离子和K +阳离子组成的稳定盐，k n（C 6 O 6）m。在半导体和金属相中，这些系统中的降低状态范围很大，C 6 O 6分子正式降低-2，-3，-3.5和-6。特别关注K 3 C 6 O 6，其中三分激发的激进阴离子在一维中紧密且平衡地堆叠。自由基的等距相互作用极为罕见，通常由于自发的对称性破坏，PEIERLS或JAHN-TELLER失真而不稳定。K 3 C 6 O 6的显着例外是通过相互间隔的多中心键（也称为煎饼键）与大离子拒绝的相结合来解释的。这种引人入胜的相互作用促进了在费米水平上极高的状态密度，并导致我们预测极端金属性，电阻率的负温度系数以及在环境压力条件下的稀有π波段超导率。这些预测振兴了使用金属盐的分子设计来搜索新的有机导体和超导体。
理论分析扩大了对拓扑超导的搜索
超导体自20世纪初的第一次实验演示以来就引起了科学家的兴趣。这不仅是因为它们具有许多应用程序，包括对量子计算的巨大希望，还因为超导体拥有丰富的基本物理学，使物理学家能够对材料科学有了更深入的了解。
平面超导体中的相关函数和特征长度
在过去的十年中，我们目睹了物理学对无分散频段的迅速增长[1-8]。在平坦带（FB）化合物中，由于这些频段的宽度非常狭窄，因此库仑能量是独特的相关能量尺度。这将这些系统置于高度相关的材料等级中，并打开了对异国情调和意外的植物现象和量子阶段的访问。不可否认，最引人注目的特征之一是在费米速度消失的化合物中可能具有高座位温度超导性（SC）的可能性[9-18]。SC的这种不合时宜的形式具有频带间的性质，并且由称为量子公制（QM）的几何量产生。QM连接到量子几何张量的实际部分[19，20]，并提供了与FB Bloch特征状态相关的典型表面。到目前为止，这种不寻常形式的超导性的独特实验实现在魔法角度附近的扭曲的石墨烯（Moiré）中已经观察到了这种异常的超导性[8，21 - 26]。众所周知，在传统的BCS系统中，SC具有内在性质[27，28]，相干长度ξc由ξBCS=ℏv f
![b'magic-角角扭曲的双层石墨烯可容纳各种有趣的物质状态，包括非常规的超导状态。但是，这种材料可以构成全新的物质状态吗？在这次演讲中，我将讨论两种不同类型的电子冷凝物的可能出现，它们超出了BCS耦合范式。这些是由费米子四晶体形成的冷凝物，在电子对之间没有相干性，而是对之间的一对。通过在魔术角扭曲的低能有效模型上使用大型蒙特卡洛模拟[1]用于魔法扭曲的双层石墨烯，我们表明，取决于超导基态，费米昂四倍体置换率可能是遗传阶段。打破时间逆转对称性的四个电子通常出现在超导过渡上方[2]。相反，如果基态是列源超导体，我们的数值模拟表明，该系统在正常金属相中熔化之前表现出电荷4E相[3]。这表明扭曲的双层石墨烯是稳定和观察这些新型量子状态的理想平台。](/simg/6/6d3cf3ed101c36f703d3ff583b37daeb7ee69d78.webp)
b'magic-角角扭曲的双层石墨烯可容纳各种有趣的物质状态，包括非常规的超导状态。但是，这种材料可以构成全新的物质状态吗？在这次演讲中，我将讨论两种不同类型的电子冷凝物的可能出现，它们超出了BCS耦合范式。这些是由费米子四晶体形成的冷凝物，在电子对之间没有相干性，而是对之间的一对。通过在魔术角扭曲的低能有效模型上使用大型蒙特卡洛模拟[1]用于魔法扭曲的双层石墨烯，我们表明，取决于超导基态，费米昂四倍体置换率可能是遗传阶段。打破时间逆转对称性的四个电子通常出现在超导过渡上方[2]。相反，如果基态是列源超导体，我们的数值模拟表明，该系统在正常金属相中熔化之前表现出电荷4E相[3]。这表明扭曲的双层石墨烯是稳定和观察这些新型量子状态的理想平台。
b'magic-角角扭曲的双层石墨烯可容纳各种有趣的物质状态，包括非常规的超导状态。但是，这种材料可以形成全新的物质状态吗？在本次演讲中，我将讨论两种不同类型的电子冷凝物的可能出现，它们超出了BCS耦合范式。这些是由典型的四元素形成的冷凝物，在电子对之间没有相干性，而是对成对对之间的相干性。通过使用大型蒙特卡洛模拟在魔术角扭曲的低能有效模型[1]中，我们表明，取决于超导地面状态，费米式四倍体置置供应量可以作为遗传相吻合。由四个破坏时间逆转对称性的电子形成，通常出现在超导过渡上方[2]。相反，如果基态是列明超导体，则我们的数值模拟表明，该系统在正常金属相中熔化之前表现出电荷4E相[3]。这表明扭曲的双层石墨烯是稳定和观察这些新型量子状态的理想平台。
超导性有助于垂直磁各向异性的变化，v/mgo/fe连接
控制薄膜中垂直磁各向异性（PMA），近年来由于其技术重要性而受到了相当大的关注。基于PMA的设备通常涉及重金属（氧化物）/铁磁 - 金属双层，在此，由于界面自旋 - 轨耦合（SOC），磁化的平面内（IP）稳定性被损坏了。在这里我们表明，在v/mgo/fe（001）中，具有竞争的面板内和平面外（OOP）磁各向异性的外延连接，SOC介导的相互作用（Fermagnet（FM）（FM）和超导体（SC）之间的相互作用可增强有效的PMA以下超导管过渡的有效PMA。这会产生部分磁化重新定位，而除了最大的连接外，没有任何应用领域，其中IP各向异性更强大；对于最小的连接，由于IP和OOP各向异性之间的竞争更强，诱导完全OOP转变（H OOP）所需的场所降低。我们的结果表明，在存在超导性和施加的电场的情况下，有效PMA的程度可以由连接横向大小控制。我们还讨论了HOOP场如何受到磁性杂散场与超导涡流之间的相互作用的影响。我们的实验发现，由铁磁体 - 螺旋体相互作用的数值建模，开放途径，可以主动控制新兴无耗散的超导旋转电子产品中的磁各向异性的开放途径。