超導體的能隙

超導體的能隙 能隙的存在是超導微觀理論的基礎之一。 磁場也可以造成無能隙的超導體。

超導體的能隙

正文

電子-模型圖

超導體最低激發態與基態之間存在一定的能量間隙。拆散一個電子對（庫珀對）產生兩個單電子至少需要能隙寬度2△的能量。熱運動可以拆散電子對產生單電子。能隙的存在使得在溫度T遠低於臨界溫度T0 時,超導體中單電子（正常電子）的數目按 exp(-2△/kT)變化。這就導致超導體的電子比熱容和熱導率按溫度指數規律變化。當電磁波（微波或遠紅外線）的頻率足夠高 (hv≥2△)時，同樣可以激發出單電子。此時超導體會強烈地吸收電磁波。在以超導體為一個電極的隧道結中，當結電壓足夠高(V≥△/e)時,大量的電子對被拆散,形成單電子參與隧道過程,使隧道電流在V＝△/e處突然上升,若隧道結的兩個電極都是超導體,能隙為△1、△2,則在V＝(△1+△2)/e處突然上升。這些現象都證明能隙的存在，並可用來測定能隙值2△。
能隙的存在是超導微觀理論的基礎之一。BCS理論從量子力學基本原理出發推導出能隙的存在，並預言了它與溫度以及△(0)和臨界溫度的關係〔△(0)為絕對零度下的能隙〕。能隙與溫度的關係在許多超導體上得到證實。對於Sn、In、Al等超導體, 2△(0)/kT0 的測量值與BCS理論預言的值3.53一致。但是，對於Pb和Hg，實驗值分別為4.3和4.6，與理論值差異相當大。強耦合超導理論能夠很好地解釋這些差異（見強耦合超導體）。
能隙的發現為BCS理論的建立奠定了基礎。但是,能隙並不是超導性存在的必要條件。某些雜質可以降低超導體的臨界溫度，但它使能隙減小得更快。高於某一雜質濃度時，能隙已降低為零，但T0 卻仍是有限值。這就出現了無能隙超導體。磁場也可以造成無能隙的超導體。

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