第四百一十一章 超导理论机制
接下来的一个月时间,庞学林一直呆在中科大没走。
常温超导材料是电磁轨道弹射系统的关键,庞学林准备毕其功于一役,争取在下个穿越时间到来之前,搞定常温超导体的问题。
当然,庞学林除了和曹源他们探讨实验方案外,还应邀在中科大举办了两场报告会,每一次报告会都座无虚席,吸引了众多中科大学子的踊跃参与。
至于实验上,庞学林所能提供的帮助不多,也就只能提供一些建议,具体该怎么做,只能交给曹源和董成林他们。
还好曹源和董成林都是非常出色的实验物理学家,基本上完美的呈现出了庞学林想要的实验效果。
一个月的时间一晃而过。
这天下午,伴随着周彤的一阵欢呼,实验室内所有人都将目光聚焦到了周彤身上。
就连庞学林也不例外。
周彤这才意识到自己失态,有些不好意思地站起身,笑道:“庞教授,曹教授,,超导态凝聚能数据以及超导态与正常态的能量差数据,我已经全部处理完了。”
众人顿时簇拥了过去。
庞学林道:“精度怎么样?”
周彤道:“庞教授,这是我对二十万组数据进行测量分析后的结果,预计误差不超过万分之一。”
庞学林点了点头,脸上露出满意的笑容,说道:“辛苦了,待会儿你把数据打印出来给我一份。”
“好。”
周彤点了点头。
曹源他们也跟着松了口气。
过去一个月,基本上一天二十四小时,实验室的灯都亮着。
包括曹源和庞学林在内,每人每天的工作时间至少在十四小时以上。
也正因为如此拼命,他们才能在短短一个月的时间内,完成了实验工作。
当然了,大家如此辛苦卖力,物质条件激励自然也是少不了的。
甚至连魏文轩和谭松这两位博士生,庞学林也给出了远超普通博士生的待遇。
这时,庞学林笑着说道:“这一个月来大家辛苦了,曹教授,接下来给大家好好放个假,休息一段时间,剩下的工作就交给我吧。”
“好!”
曹源点了点头道。
庞学林也不在多留,拿到数据后,便径直返回中科大给自己安排的专家楼内。
左亦秋正有些百无聊赖地在客厅里看着电视。
这一个月,庞学林大部分时间都在实验室里呆着。
左亦秋就清闲了下来,除了偶尔帮庞学林处理一下江大和钱塘实验室的行政事务,剩下的时间,她基本上自由支配。
看到庞学林进屋,左亦秋有些好奇道:“庞教授,今天怎么这么早就回来了?”
往日庞学林不在实验室呆到晚上十一二点,是不会回来的,现在才下午两点多。
庞学林笑着说道:“实验室那边数据出来了,接下来我要闭关一段时间。你在外面帮我挡着访客,不要让人打搅到我。”
左亦秋微微一愣,好奇道:“庞教授,你这次要闭关多久啊?”
“短则一周,长则一月,如果真的有什么非常重要的事的话,你再来找我。”
庞学林笑着说道。
“这么久?”
“怎么了?”
“没……没什么?对了,庞教授,你就这么闭关了,到时候齐昕和姚冰夏找你怎么办?”
庞学林道:“我等下跟她们说一下,她们会理解的。”
“哦。”
左亦秋点了点头,不再多言。
庞学林也不理会左亦秋,径直上了楼。
来到书房,庞学林分别给齐昕和姚冰夏打了电话,告诉她们自己接下来要闭关一段时间,没办法与她们天天联系。
好不容易安抚下两女,庞学林又给父母以及刘庭波、徐兴国、李长青、石毅等人拨了电话,一个个通知过去。
随后,庞学林拿出稿纸,开始正式闭关研究。
时间一天天过去。
一天,两天……
一周,两周……
不知不觉半个月的时间过去了。
又是一个通宵过后,庞学林有些疲惫地揉了揉双眼。
没日没夜高强度的脑力劳动,即使经过基因改造后的身体,也有些吃不消。
庞学林长长地伸了个懒腰,看着眼前稿纸上的数据,眼神变得前所未有的明亮。
不出意外的话,一个全新的物理理论体系已经在他眼前成型。
“终于搞定了。”
庞学林自言自语道。
他来到窗前,唰地一声将窗帘拉开。
窗外晨光熹微,能听到叽叽喳喳的鸟叫声。
附近的马路上,已经有不少正在进行早锻炼的老师和学生。
远方已经可以看到朝阳的霞光,庞学林眼睛微微眯起,仿佛看到了新世界的光芒。
随后,他拿起许久未用的手机,拨通了曹源的电话。
曹源显然还在睡觉,电话接通的时候,声音都还迷糊着。
但庞学林的一句话,就让曹源一个激灵,彻底清醒了过来。
“曹教授,我想我已经找到了统一的超导理论了。”
“什么?”曹源一下子从床上爬了起来,有些不可思议道,“庞教授,你再说一遍。”
庞学林笑着说道:“曹教授,我已经找到超导的理论机制了。”
“庞教授,你现在在专家楼吗?我过去找你!”
“不用着急,你把大家都叫过来,我们八点半在实验室见。”
“哦,那好吧。”
曹源犹豫了一下,按捺住立即去找庞学林的冲动。
庞学林从屋子里出来,便闻到厨房传来一股早餐的香味。
咕噜噜……
庞学林这才感觉到肚子发出的抗议。
这半个月时间,他没日没夜地研究,平均每天的睡眠时间才不到两小时,吃饭问题基本上都靠左亦秋送上来解决。
或许是听到动静,左亦秋从厨房里出来,有些惊讶的看着庞学林道:“庞教授,你出关了?”
庞学林有些意外道:“你这是在做早餐?怎么不去食堂买呀?”
左亦秋气鼓鼓地瞪了庞学林一眼,说道:“庞教授,这段时间你吃的饭都是我做的。”
“你做的?”庞学林微微一愣,顿时反应过来,连忙笑道,“我说最近食物怎么美味了许多呢。”
左亦秋翻了个白眼。
她怎么看不出庞学林在故意补救,以他在研究时的投入程度,能尝出饭菜的味道才怪。
也亏自己担心科大食堂的饭菜不合庞学林的胃口,辛辛苦苦为他做了这么多天的饭菜。
不过左亦秋还是按捺下心中不忿,说道:“庞教授你这是要出门吗?”
庞学林点了点头道:“等一下去趟实验室。”
左亦秋说道:“那你等会儿,我煮了皮蛋瘦肉粥,马上就好了。”
十多分钟后,热气腾腾的皮蛋瘦肉粥被搬上餐桌。
两人在餐桌上喝着粥,左亦秋坐在庞学林对面道:“庞教授,我们在科大还要待多久啊?”
庞学林笑道:“不出意外的话,今天应该就能回江城了。”
“今天?”
左亦秋瞪大了眼睛,有些意外。
“怎么了?”
庞学林疑惑道。
“没……没什么。”
左亦秋连忙摇了摇头。
吃完早餐,庞学林径直前往实验室。
看着庞学林的身影消失在门口,左亦秋连忙掏出手机,拨通了一个电话。
……
等庞学林抵达实验室的时候,曹源、周彤、董成林他们都已经抵达实验室了。
庞学林说道:“人都来齐了吧?走,我们去会议室说话。”
众人点了点头,跟着庞学林鱼贯进入会议室内。
“庞教授,我听老曹说,你已经完成了超导理论的理论构建?”
董成林率先开口道。
曹源、周彤他们都把目光聚焦到庞学林身上,一个个脸上露出希冀的表情。
如果换做旁人,众人自然会心有疑虑。
但庞学林就不一样了,且不说这位大佬的学术地位,单单之前他所表现出的超强学术能力,就让所有人对他都充满了信心。
庞学林微微一笑,点头道:“我确实完成了超导理论的构建。”
“庞教授,快跟我们说说呗。”
周彤一副小迷妹的样子,迫不及待道。
其实不止周彤,几乎所有人都是类似的眼神。
谁都明白,完成超导机制的理论构建,到底意味着什么。
庞学林也不再吊众人的胃口,笑着说道:“好,那我就先说说吧。这段时间我通过对多波体函数的求解,证明了在任何非零温度下一维和二维窄带(包括次近邻跳跃等)TJ模型不会呈现出S波最近邻配对、推广的η配对、广义的离位Q配对和dx2-y2波配对的超导长程序。如果在系统的电荷激发谱中存在一个激发能隙,则这些配对长程序在零温下也会被排除掉,我们的结果对任意的J值和任意电子填充都成立。”
一边说着,庞学林一边拿起记号笔,在身后的白板上写了起来。
包括曹源在内,所有人都聚精会神地看着白板上的公式,一边努力听着庞学林的讲解。
庞学林继续道:“简单的理解就是,在超导体中,热涨落会破坏超导,而各种长程序都是在低温下形成的,比如BCS和BEC这一类机制。但是,假如我们考虑到相互作用力,如果吸引足够大,那么转变温度就会足够高。”
“比如强关联体系,目前实验上的重费米子化合物,铜基超导和铁基超导,乃至高压下的硫化氢、镧化氢等,都是强关联材料。强关联体系建立的高温超导的机制是量子涨落加强的超导长程序。凝聚态系统中,所有的长程序都是在费米液体基态的基础上施加微扰得到的。比如超导,电荷密度波【CDW】,铁磁序【StonerFM】,反铁磁序【AFM】或者自旋密度波【SDW】等等。因而,我们对这些长程序的理解都是一致的,通过一些机制使得费米面失稳打开能隙,进而建立长程序并使其在低温下保持稳定,只要热涨落能标kT跟能隙相近时就会破坏长程序。”
“同样的,这样也理解了为什么各种长程序之间总是相互竞争或压制的关系,其实就是比较这几种长程序哪个能在费米面处打开的能隙更大,系统建立了一个长程序,就不会同时建立另一个。”
“强关联体系跟传统凝聚态体系不同的地方在于,必须要考虑电子之间的自旋关联,这个关联导致了量子涨落,其基态从费密液体态变为自旋液体态或者其它态,这就导致了在磁序方面有很强的量子涨落,磁序被压制了,进而超导序就会被建立起来。而比较有意思的是,磁序方面的量子涨落,同样会加强超导序。电子因为自旋涨落近莫特态,加强了超导配对相互作用,提高了转变温度。在铁磁超导体UCoGe等中,在各向异性铁磁态的量子相变点附近,就是因为量子涨落加强了超导态。”
……
时间一分一秒过去。
不知不觉间,一个小时过去了。
白板也被庞学林写得满满当当。
最后,庞学林放下记号笔,指着白板上的最后一个公式道:“通过这个公式。我们可以将某些材料的参数代入进去之后,预言他们在什么样的转温度和压力下可以变为超导体。”
庞学林转过身看着依旧处于懵逼加震惊中的众人。
魏文轩、谭松这两位博士生,一脸茫然,仿佛在听天书。
董成林和周彤则陷入了沉思之中。
唯有曹源,第一时间反应了过来,轻轻地鼓起了掌。
啪啪啪……
掌声很快响彻整个会议室内。
曹源出声道:“庞教授,恭喜你,这完全是诺奖级别的成果!”
见团队中有些人依旧似乎还不太明白的样子,曹源道:“总的来说,庞教授的工作,解释了为何绝大多数超导体,为什么都要在液氮液氦温度以下才能呈现出超导态,亦或是要在数百万个大气压条件下,才能呈现出高温超导性质。甚至还给出了精准的计算公式,通过这个公式,我们可以反推出一些超导材料的超导转变温度以及外界条件,甚至可以推导出某些材料处于超导态时的状态。”
这时,董成林也跟着点了点头道:“确实厉害,庞教授,不出意外的话,凭借这套理论,诺贝尔物理学奖应该就是您的囊中之物了。不过想要彻底理解你这套理论,恐怕需要非常好的数学基础才行。”
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常温超导材料是电磁轨道弹射系统的关键,庞学林准备毕其功于一役,争取在下个穿越时间到来之前,搞定常温超导体的问题。
当然,庞学林除了和曹源他们探讨实验方案外,还应邀在中科大举办了两场报告会,每一次报告会都座无虚席,吸引了众多中科大学子的踊跃参与。
至于实验上,庞学林所能提供的帮助不多,也就只能提供一些建议,具体该怎么做,只能交给曹源和董成林他们。
还好曹源和董成林都是非常出色的实验物理学家,基本上完美的呈现出了庞学林想要的实验效果。
一个月的时间一晃而过。
这天下午,伴随着周彤的一阵欢呼,实验室内所有人都将目光聚焦到了周彤身上。
就连庞学林也不例外。
周彤这才意识到自己失态,有些不好意思地站起身,笑道:“庞教授,曹教授,,超导态凝聚能数据以及超导态与正常态的能量差数据,我已经全部处理完了。”
众人顿时簇拥了过去。
庞学林道:“精度怎么样?”
周彤道:“庞教授,这是我对二十万组数据进行测量分析后的结果,预计误差不超过万分之一。”
庞学林点了点头,脸上露出满意的笑容,说道:“辛苦了,待会儿你把数据打印出来给我一份。”
“好。”
周彤点了点头。
曹源他们也跟着松了口气。
过去一个月,基本上一天二十四小时,实验室的灯都亮着。
包括曹源和庞学林在内,每人每天的工作时间至少在十四小时以上。
也正因为如此拼命,他们才能在短短一个月的时间内,完成了实验工作。
当然了,大家如此辛苦卖力,物质条件激励自然也是少不了的。
甚至连魏文轩和谭松这两位博士生,庞学林也给出了远超普通博士生的待遇。
这时,庞学林笑着说道:“这一个月来大家辛苦了,曹教授,接下来给大家好好放个假,休息一段时间,剩下的工作就交给我吧。”
“好!”
曹源点了点头道。
庞学林也不在多留,拿到数据后,便径直返回中科大给自己安排的专家楼内。
左亦秋正有些百无聊赖地在客厅里看着电视。
这一个月,庞学林大部分时间都在实验室里呆着。
左亦秋就清闲了下来,除了偶尔帮庞学林处理一下江大和钱塘实验室的行政事务,剩下的时间,她基本上自由支配。
看到庞学林进屋,左亦秋有些好奇道:“庞教授,今天怎么这么早就回来了?”
往日庞学林不在实验室呆到晚上十一二点,是不会回来的,现在才下午两点多。
庞学林笑着说道:“实验室那边数据出来了,接下来我要闭关一段时间。你在外面帮我挡着访客,不要让人打搅到我。”
左亦秋微微一愣,好奇道:“庞教授,你这次要闭关多久啊?”
“短则一周,长则一月,如果真的有什么非常重要的事的话,你再来找我。”
庞学林笑着说道。
“这么久?”
“怎么了?”
“没……没什么?对了,庞教授,你就这么闭关了,到时候齐昕和姚冰夏找你怎么办?”
庞学林道:“我等下跟她们说一下,她们会理解的。”
“哦。”
左亦秋点了点头,不再多言。
庞学林也不理会左亦秋,径直上了楼。
来到书房,庞学林分别给齐昕和姚冰夏打了电话,告诉她们自己接下来要闭关一段时间,没办法与她们天天联系。
好不容易安抚下两女,庞学林又给父母以及刘庭波、徐兴国、李长青、石毅等人拨了电话,一个个通知过去。
随后,庞学林拿出稿纸,开始正式闭关研究。
时间一天天过去。
一天,两天……
一周,两周……
不知不觉半个月的时间过去了。
又是一个通宵过后,庞学林有些疲惫地揉了揉双眼。
没日没夜高强度的脑力劳动,即使经过基因改造后的身体,也有些吃不消。
庞学林长长地伸了个懒腰,看着眼前稿纸上的数据,眼神变得前所未有的明亮。
不出意外的话,一个全新的物理理论体系已经在他眼前成型。
“终于搞定了。”
庞学林自言自语道。
他来到窗前,唰地一声将窗帘拉开。
窗外晨光熹微,能听到叽叽喳喳的鸟叫声。
附近的马路上,已经有不少正在进行早锻炼的老师和学生。
远方已经可以看到朝阳的霞光,庞学林眼睛微微眯起,仿佛看到了新世界的光芒。
随后,他拿起许久未用的手机,拨通了曹源的电话。
曹源显然还在睡觉,电话接通的时候,声音都还迷糊着。
但庞学林的一句话,就让曹源一个激灵,彻底清醒了过来。
“曹教授,我想我已经找到了统一的超导理论了。”
“什么?”曹源一下子从床上爬了起来,有些不可思议道,“庞教授,你再说一遍。”
庞学林笑着说道:“曹教授,我已经找到超导的理论机制了。”
“庞教授,你现在在专家楼吗?我过去找你!”
“不用着急,你把大家都叫过来,我们八点半在实验室见。”
“哦,那好吧。”
曹源犹豫了一下,按捺住立即去找庞学林的冲动。
庞学林从屋子里出来,便闻到厨房传来一股早餐的香味。
咕噜噜……
庞学林这才感觉到肚子发出的抗议。
这半个月时间,他没日没夜地研究,平均每天的睡眠时间才不到两小时,吃饭问题基本上都靠左亦秋送上来解决。
或许是听到动静,左亦秋从厨房里出来,有些惊讶的看着庞学林道:“庞教授,你出关了?”
庞学林有些意外道:“你这是在做早餐?怎么不去食堂买呀?”
左亦秋气鼓鼓地瞪了庞学林一眼,说道:“庞教授,这段时间你吃的饭都是我做的。”
“你做的?”庞学林微微一愣,顿时反应过来,连忙笑道,“我说最近食物怎么美味了许多呢。”
左亦秋翻了个白眼。
她怎么看不出庞学林在故意补救,以他在研究时的投入程度,能尝出饭菜的味道才怪。
也亏自己担心科大食堂的饭菜不合庞学林的胃口,辛辛苦苦为他做了这么多天的饭菜。
不过左亦秋还是按捺下心中不忿,说道:“庞教授你这是要出门吗?”
庞学林点了点头道:“等一下去趟实验室。”
左亦秋说道:“那你等会儿,我煮了皮蛋瘦肉粥,马上就好了。”
十多分钟后,热气腾腾的皮蛋瘦肉粥被搬上餐桌。
两人在餐桌上喝着粥,左亦秋坐在庞学林对面道:“庞教授,我们在科大还要待多久啊?”
庞学林笑道:“不出意外的话,今天应该就能回江城了。”
“今天?”
左亦秋瞪大了眼睛,有些意外。
“怎么了?”
庞学林疑惑道。
“没……没什么。”
左亦秋连忙摇了摇头。
吃完早餐,庞学林径直前往实验室。
看着庞学林的身影消失在门口,左亦秋连忙掏出手机,拨通了一个电话。
……
等庞学林抵达实验室的时候,曹源、周彤、董成林他们都已经抵达实验室了。
庞学林说道:“人都来齐了吧?走,我们去会议室说话。”
众人点了点头,跟着庞学林鱼贯进入会议室内。
“庞教授,我听老曹说,你已经完成了超导理论的理论构建?”
董成林率先开口道。
曹源、周彤他们都把目光聚焦到庞学林身上,一个个脸上露出希冀的表情。
如果换做旁人,众人自然会心有疑虑。
但庞学林就不一样了,且不说这位大佬的学术地位,单单之前他所表现出的超强学术能力,就让所有人对他都充满了信心。
庞学林微微一笑,点头道:“我确实完成了超导理论的构建。”
“庞教授,快跟我们说说呗。”
周彤一副小迷妹的样子,迫不及待道。
其实不止周彤,几乎所有人都是类似的眼神。
谁都明白,完成超导机制的理论构建,到底意味着什么。
庞学林也不再吊众人的胃口,笑着说道:“好,那我就先说说吧。这段时间我通过对多波体函数的求解,证明了在任何非零温度下一维和二维窄带(包括次近邻跳跃等)TJ模型不会呈现出S波最近邻配对、推广的η配对、广义的离位Q配对和dx2-y2波配对的超导长程序。如果在系统的电荷激发谱中存在一个激发能隙,则这些配对长程序在零温下也会被排除掉,我们的结果对任意的J值和任意电子填充都成立。”
一边说着,庞学林一边拿起记号笔,在身后的白板上写了起来。
包括曹源在内,所有人都聚精会神地看着白板上的公式,一边努力听着庞学林的讲解。
庞学林继续道:“简单的理解就是,在超导体中,热涨落会破坏超导,而各种长程序都是在低温下形成的,比如BCS和BEC这一类机制。但是,假如我们考虑到相互作用力,如果吸引足够大,那么转变温度就会足够高。”
“比如强关联体系,目前实验上的重费米子化合物,铜基超导和铁基超导,乃至高压下的硫化氢、镧化氢等,都是强关联材料。强关联体系建立的高温超导的机制是量子涨落加强的超导长程序。凝聚态系统中,所有的长程序都是在费米液体基态的基础上施加微扰得到的。比如超导,电荷密度波【CDW】,铁磁序【StonerFM】,反铁磁序【AFM】或者自旋密度波【SDW】等等。因而,我们对这些长程序的理解都是一致的,通过一些机制使得费米面失稳打开能隙,进而建立长程序并使其在低温下保持稳定,只要热涨落能标kT跟能隙相近时就会破坏长程序。”
“同样的,这样也理解了为什么各种长程序之间总是相互竞争或压制的关系,其实就是比较这几种长程序哪个能在费米面处打开的能隙更大,系统建立了一个长程序,就不会同时建立另一个。”
“强关联体系跟传统凝聚态体系不同的地方在于,必须要考虑电子之间的自旋关联,这个关联导致了量子涨落,其基态从费密液体态变为自旋液体态或者其它态,这就导致了在磁序方面有很强的量子涨落,磁序被压制了,进而超导序就会被建立起来。而比较有意思的是,磁序方面的量子涨落,同样会加强超导序。电子因为自旋涨落近莫特态,加强了超导配对相互作用,提高了转变温度。在铁磁超导体UCoGe等中,在各向异性铁磁态的量子相变点附近,就是因为量子涨落加强了超导态。”
……
时间一分一秒过去。
不知不觉间,一个小时过去了。
白板也被庞学林写得满满当当。
最后,庞学林放下记号笔,指着白板上的最后一个公式道:“通过这个公式。我们可以将某些材料的参数代入进去之后,预言他们在什么样的转温度和压力下可以变为超导体。”
庞学林转过身看着依旧处于懵逼加震惊中的众人。
魏文轩、谭松这两位博士生,一脸茫然,仿佛在听天书。
董成林和周彤则陷入了沉思之中。
唯有曹源,第一时间反应了过来,轻轻地鼓起了掌。
啪啪啪……
掌声很快响彻整个会议室内。
曹源出声道:“庞教授,恭喜你,这完全是诺奖级别的成果!”
见团队中有些人依旧似乎还不太明白的样子,曹源道:“总的来说,庞教授的工作,解释了为何绝大多数超导体,为什么都要在液氮液氦温度以下才能呈现出超导态,亦或是要在数百万个大气压条件下,才能呈现出高温超导性质。甚至还给出了精准的计算公式,通过这个公式,我们可以反推出一些超导材料的超导转变温度以及外界条件,甚至可以推导出某些材料处于超导态时的状态。”
这时,董成林也跟着点了点头道:“确实厉害,庞教授,不出意外的话,凭借这套理论,诺贝尔物理学奖应该就是您的囊中之物了。不过想要彻底理解你这套理论,恐怕需要非常好的数学基础才行。”
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