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雪花和動量空間凝聚

超導態的形成和多電子的動量空間凝聚是等價的。但是,動量空間的凝聚總是讓人感覺摸不著頭腦。我們不妨將它類比到位置空間來看。比如雪花就是一種位置空間的凝聚現象。雪花是大量的六角冰晶體在空間中圍繞一個核心的堆疊形成的。如果將庫伯對也看作是一個動量空間中的一個二極體,那麼在動量空間中凝聚的多個庫伯對,形狀就類似一條梯子。

那麼動量空間還有沒有其他可能的凝聚方式呢?動量空間是三維的,當然可以有更復雜的凝聚方式。再類比雪花,我們知道在很低溫的情形下,冰晶體凝聚成針狀的雪。而在溫度較高的情況下,冰晶體多形成漂亮的六角分形雪花。所以,庫伯對只是一根火柴而已,我們可以用很多火柴搭出漂亮的分形圖案,這些動量空間的其他分形圖案對應的超導體,就可能對應著高溫超導。

所以如何理解這種凝聚呢?梯形的庫伯對,實際上對應的是一維凝聚。在動量空間,這對應了很簡單的一個動量激發 , 而我們知道在1+1維空間,動量激發其實就對應於一個玻色子激發,即 。而由玻色-費米對應,這個玻色子可以寫成:

這恰恰是很多費米子對凝聚在一個動量上的體現!所以,在動量空間,超導態的本質就是玻色-費米對應!這個機制比在位置空間看簡單了無數倍!

那存在其他的凝聚方式麼?比如多費米子凝聚?當然有!如果存在角動量守恆,那麼就會形成更復雜的凝聚方式,比如楊圖凝聚。其實梯形凝聚只是楊圖凝聚的一種簡單的極限。而我強烈懷疑在有順磁摻雜的情形下的超導現象,就對應了楊圖凝聚的情形。

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