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今年諾貝爾物理獎得獎的三位科學家,在物理學界早已名聞遐邇。金茲伯格(V.L.
Ginzburg)和阿布里科索夫
(A.A. Abrikosov) 早在1950年代即已做出他們在超導體研究的重大成就;而萊吉特(A.J.
Leggett)對氦三(He3)形成超流的理論,也早在70
年代即提出。他們三位獲獎,確是實至名歸。
金茲伯格
提供理論架構,開啟超導體應用的決定性作用
各位讀者可能還記得李定國與何建民兩位教授(9月14日)在「時報科學與人文版」的文章。文中提及,在我們日常生活中,不時見證「非連續性」的「相變」現象。為了解自然界的各類相變,蘇俄科學家藍道(Landau,1962年諾貝爾物理獎)於1937年應用一個序參量的概念來描繪系統的變化。序參量指的是原子磁矩的規則排列程度,依此概念藍道提出一套非常巧妙,尤其理解一些特定相變非常有效的理論。
1911年第一個超導態的零電阻現象被發現後,直到1933年科學家才發現超導體的異常磁性,也就是超導體呈現完全排斥磁通量的特性。此一發現,使科學家認識到超導的轉變也可歸屬為一種相變。因此,遠在微觀的BCS超導理論(由
Bardeen, Cooper, Schrieffer三位科學家於1967年提出,他們因而獲得1972年諾貝爾物理獎)出現之前,金茲伯格與藍道於1950年即將藍道的理論推廣,建立超導體的唯象理論(phenomenological
theory),提供一個非常有效的理論架構,用來詳細探討超導體的電、磁行為。
此一理論的建構,不僅使我們能在未知超導確切機制之前,仍然可以知道超導體外加電流及磁場等影響的反應,對開啟超導體的應用有決定性的作用。而這也是為何我們至今對高溫超導系統雖仍未有明確的理論架構,但不影響其應用發展的原因。
此外,金茲伯格─藍道理論的出現,使科學家瞭解到外加磁場大到一個數量之後,可在超導體表層內存在一穿透深度(通常用一個參數λ表示);而描述超導體時有另一個重要的參數,稱為「相干長度」(coherence
length,通常用ξ表示)。而此理論基本元素的序參數,後來證明與成對的電子數直接相關,它的大小代表超導電子密度,而它的相位則代表超導體的「相干特性」(coherence)。
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