第六十四章 哥德尔2.0-《月之影面》
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“赶紧赶紧,新的晶格模型形式化早就做完了,之前每次用哥德尔系统进行分析,由于计算量太大,总是锁死在刚开始的时候,连进度都没法估计,赶紧用哥德尔2.0试试看”,李文静已经迫不及待了。
一般而言,低温超导属于固体物理的一个领域(有时候我会混用高温超导和低温超导,其实说的都是同一件事,说低温超导,是因为超导材料工作的最高温度至少也在液氮温区内,也就是零下200度左右,相对常温是非常低的温度了,那为什么说高温超导呢,因为科学家追求的目标就是更高温度的超导体,相对传统的零下270度左右的超导体,比如说水银,更高温度的超导简称高温超导就是物理学家追求的目标了)。
固体物理是相对于流体,等离子体而言的,只要不发生形变的材料都可以认为是固体物理的研究内容,而固体又可以分成晶体和非晶体两大类(当然也可以再加上两者之间的准晶体),简单来说,晶体就是固体内部原子周期性排列以及跟排列相容的空间取向是有序的。
这时候你就不得不佩服数学家的牛X之处了,在物理学家还没有形成晶体概念的时候,以法国数学家伽罗瓦(Galois)为代表的数学家们,已经为描述晶体的周期性准备好了数学工具-群论,简单来说,群论就是研究一堆个体排列组合的数学,原子算个毛线啊,对于数学家来说,只是一个点,一个抽象的单元而已。
数学家们不知道啥叫晶体,不过费得洛夫说了,嗯,整个空间,所有可能的周期性结构,只可能有230种,1是啥,2是啥,3是啥。。。。于是,所有不相同的晶体结构,就只有230种了,神奇不?
初中物理学的内容告诉我们,在一块晶体,当然最好是导体了,的两端施加电压,自由电子就会从一端流向另外一端,这就是电流了,由于晶体里面还有原子啊,里面有原子核啊,有束缚态的电子啊等等,所以自由电子在流动的时候会产生碰撞,碰撞就会损失电子的能量并产生热量,电流也会有损失,这就是电阻了。
当然,实际情况比这复杂的多,我们在这里就不详细介绍了,毕竟这是科幻小说,不是大学物理课本。简单点说,晶体中的电子由于受到晶格的影响,能量既不像简单原子中具有分立的能级,也不像自由电子一样有连续的能量范围,而是在晶格限制中,呈现带状,简称能带。
晶体中电子的最高能带,一般叫做费米面,当一对费米面附近的电子通过交换某种粒子(当然这是一个形象的说法,鬼才知道两个电子怎么就看对眼勾搭上了),对于外行来说,就是在某些情况下,晶体中能量最高的那些电子,也就是最活跃的那些电子,不知出于什么原因,大概都看了背背山的电影?
反正两两成对,勾搭上了,物理学家把这些好基友叫做库柏对。这些库柏对打通了任督二脉,又练习了逍遥派的凌波微步,对于他们来说,晶体内部完全没有秘密,就是一片坦途,当温度下降到一定程度时候,晶体热运动造成的障碍下降到一个临界点,虽然原子核啊,原子组成的晶格啊仍然对电子有阻碍和散射。
但是这些阻碍和散射,在没有拆散这些好基友之前,是不会造成能量损失,也就是没有电阻的,这就是超导了。
李文静的父亲之前的工作,就是发现在某些氧化物晶体所形成的晶格里面,在温度下降到一定程度的时候,可能会产生库柏对,利用他的理论,程潜和史密斯,还有王一男他们都合成出了铜系氧化物超导体,当然,现在这已经是全世界物理学家都知道的事情了。
王一男和李文静在李诗尧工作的基础之上,在氧化物中添加第二种甚至第三种金属,比如说钇或者钡,但是这样就给计算带来了巨大的复杂性,哥德尔系统之前将第二种金属和230种空间构型组合在一起,进行模拟的时候就面临了计算能力不足的问题,在晶格的某些部分,出现了类似奇点一样的无穷大,每次到这里哥德尔系统就会陷入死循环。
王一男他们尝试利用物理学的一把屠龙刀,重整化群的方法来解决这个问题,简单来说,就是世界上有些东西是跟尺度无关的,举个例子,在飞机上大家会经常看见云彩对吧,云彩的形状就是典型的跟尺度无关的,因为单纯从形状判断,一米高的云彩和一千米高的云彩是完全一样的。
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