超導(dǎo)電性和超流現(xiàn)象與玻色—愛因斯坦凝聚關(guān)系的研究.pdf

1、超導(dǎo)、超流等是一種重要的宏觀量子現(xiàn)象，而玻色-愛因斯坦凝聚不僅是宏觀的量子現(xiàn)象，更是理解這些宏觀量子現(xiàn)象的關(guān)鍵。早在玻色-愛因斯坦凝聚理論出現(xiàn)初期，它就對超流、超導(dǎo)理論的研究起到重要的推動作用。隨后超導(dǎo)領(lǐng)域漫長而激動人心的理論與實(shí)驗(yàn)研究，以及近些年來關(guān)于玻色-愛因斯坦凝聚的突破性進(jìn)展更加明確的展示了它們之間存在著本質(zhì)性的關(guān)聯(lián)。 本文主要研究了超導(dǎo)電性、超流現(xiàn)象與玻色-愛因斯坦凝聚之間的關(guān)系，并分別對超導(dǎo)電性相關(guān)特征與理論、超流現(xiàn)

2、象及理論和玻色-愛因斯坦凝聚理論和實(shí)驗(yàn)做了較為詳細(xì)的論述。本文的主要工作包括以下幾個方面的內(nèi)容： 1.對超導(dǎo)、超流，以及BEC三個量子現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)與理論等做了全面闡述，并對三者之間的相關(guān)性作了初步討論。在對國內(nèi)外關(guān)于三種量子現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)與理論研究的歷史、現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢的分析與綜合的基礎(chǔ)上，指出：超導(dǎo)與超流的機(jī)制是相同的，其差別僅在于系統(tǒng)是否帶電；玻色子的玻色-愛因斯坦凝聚與費(fèi)米子對的玻色-愛因斯坦凝聚本質(zhì)上也是一致的，差別僅在于是否

3、存在配對機(jī)制。超導(dǎo)態(tài)在于電子費(fèi)米子對(即庫柏對)的BEC凝聚；3He超流是經(jīng)由配對的“準(zhǔn)玻色子”的BEC凝聚的結(jié)果，而4He超流則是一般的BEC凝聚所致。 2.概括總結(jié)了超導(dǎo)電性的基本性質(zhì)，并對于由于庫柏對遂穿引起的Josephson效應(yīng)以及兩個Josephson結(jié)耦合的情形作了較為詳細(xì)的分析與計算，導(dǎo)出了通過兩結(jié)的Josephson電流表達(dá)式，以及兩結(jié)兩邊的相位差隨時間演化和兩個相位差之間的相互制約關(guān)系的方程及數(shù)值結(jié)果。雙結(jié)串

4、聯(lián)耦合情形表現(xiàn)較復(fù)雜，當(dāng)加電壓時，φ1、φ2隨時間t的演化近似地以周期振蕩。φ1～φ2之間呈現(xiàn)近似的線性關(guān)系。但不加電壓時，φ1、φ2與t關(guān)系及φ1～φ2關(guān)系都表現(xiàn)復(fù)雜。僅當(dāng)φ1-φ2為π的整數(shù)倍時出現(xiàn)類似的直流約瑟夫森效應(yīng)，此時S1中的超導(dǎo)電流與S3中的相等，且為最大約瑟夫森電流Jc。 3.以BEC理論為基礎(chǔ)研究了超流的物理機(jī)制，并對4HeⅡ超流的爬行膜現(xiàn)象、“噴泉”實(shí)驗(yàn)、4HeⅡ旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)作了分析，表明超流不僅是一種系統(tǒng)量子化

5、的宏觀現(xiàn)象，而且從物理上講，超導(dǎo)與超流的機(jī)制相同，差別僅在于系統(tǒng)是否帶電。3He超流實(shí)驗(yàn)以及堿金屬原子氣(87Rb，23Na，7Li和1H)的BEC實(shí)驗(yàn)也表明，雖然這些原子是由費(fèi)米子組成，但是經(jīng)由配對等機(jī)制，它們的費(fèi)米子總數(shù)(質(zhì)子、中子和電子)是偶數(shù)，因此成了玻色子，遵從玻色統(tǒng)計。在極低溫度下，它們應(yīng)導(dǎo)致BEC并表現(xiàn)出超流行為。 4.利用非對角長程序的概念，總結(jié)出超導(dǎo)、超流與BEC之間有著如圖5-1的關(guān)系，即BEC是因，超導(dǎo)、超