第三百四十一章：高温超导的机理与强关联效应
小说：大国院士作者：少一尾的九尾猫字数：4319更新时间 : 2023-06-12 22:03:10
办公室中，徐川陷入了沉思。
一旁，樊鹏越和宋文柏也不敢打断这位老板的思考，只能在一旁安静的等待着的。
将脑海中的思路捋清楚后，徐川抬起头，目光熠熠的看向宋文柏，开口道：
“宋教授，接下来的这段时间，你暂时和你的团队停下对铜碳银复合材料的研究，转而全力对你之前研究出来的超低温超导铜碳银复合材料进行分析。”
“我需要这份材料更多的信息资料和分析数据！”
闻言，宋文柏先是愣了一下，随即迅速点头回道：“脱离研究转向分析这个没问题，只是对材料进行分析，咱们研究所的设备可能还有些欠缺。”
“比如做表征结构分析的裂解色谱仪，电感耦合等离子体发射光谱仪这些还没有，缺少这些设备，分析出来的数据并不完善。”
徐川：“这个没问题，相关设备樊总会和伱沟通的，该买的买，设备这东西，买回来又不是说只用这一次。”
樊鹏越点了点头，道：“研究所才扩建没多久，目前的确有一部分设备还没采购，不过这个已经安排在了采购计划中，只是说优先级之前较低，现在既然要用，也可以提前采购的。”
徐川：“如果买新的需要较长的时间，可以试试从国内其他实验室里面买二手的。溢价一些也没有关系，我需要尽快拿到数据。”
会议室中，针对这份超低温超导铜碳银复合材料的实验数据，徐川又咨询了一些问题后，带着一部分的数据离开了川海材料研究所。
回到别墅，他将手中的U盘插入电脑上，从抽屉中取出一叠稿纸，坐在书桌前继续沉思了起来。
自1911年H.卡末林-昂内斯发现汞和锡等金属元素具有超导电性以来，在常压下呈现超导电性的金属元素已经多达了几十种。
而对于超导体材料的分类，目前并没有统一的标准。
一般来说，最常见的分类是以温度来进行区分的。
需要用液氦来冷冻才能达到临界Tc的超导材料被称为低温超导；用液氮来冷冻的，被称为高温超导；而室温下能达到超导的，被称为室温超导。
目前科学界除了能利用BCS理论对低温超导进行解释外，高温和室温为什么也能实现超导性质，并没有完善和统一的解释。
材料学嘛，先意外弄出来材料，再通过对材料进行分析从而找到机理是一件很正常的事情。
后世，他研究出铜碳银复合材料的时候，也曾经试着去探索解释一下高温和室温超导材料的基理。
但最终并没有得到一个准确的答案，再加上后面研究可控核聚变和NS方程没时间就放弃了对这方面的探索。
当然，上辈子他没研究，但不代表没人研究高温超导材料的机理。
后世的主流观点认为铜氧化物高温超导体的超导配对并非源于传统的BCS电声耦合，而是源于电子间的强关联效应。
在高中学习物理的时候，我们很轻易的知道每一颗原子的原子核外，都有着不同数量的电子。
比如氧原子，原子核外有八个带正电的质子，比如碳原子，原子核外有六个电子。
在正常情况下，这些原子组成的固体中的电子之间是很稳定的，各个电子被看成是独立的，不会相互影响。
就像太阳系的八大行星一样，每一颗行星都有着自己独立的运行轨道，不会碰撞到一起。
但是，在许多物质中，比如过渡金属氧化物、镧系氧化物等原子中，外围的电子轨道之间交叠很大，轨道上的电子相互靠近，静电能的增加将不能忽略。
于是这些材料便会产生强关联效应。
而电子之间的强关联效应，正是导致许多新奇的物理现象产生的原因。
如二维电子气中的分数量子霍尔效应、锰氧化物材料中的巨磁阻效应、重费米子系统、二维高迁移率材料中的金属－绝缘体相变.等等。
因此在后世，对于高温超导和常温超导的超导机理，主流用电子强关联效应来进行解释。
只是这种解释，仅仅是理论，无法通过模型或者数学来进行解释。
而在今天，徐川觉得自己或许可以尝试一下。
翻阅着电脑上宋文柏研究的低温铜碳银复合材料的实验数据，徐川认真的看着，准备熟悉后开始推衍高温超导的机理。
正在这时，书桌上的手机铃声响起，他拾起手机，电话是高弘明打过来的。
“徐院士，沽城超算中心那边的申请已经落下来了，时间在五天后，五天后沽城超算中心的天河一号超算会调配出您需要的计算力，来模拟运行您手中的数学模型。”
电话中，高弘明带着申请回复。
徐川点了点头，道：“我知道了，我会准时过去的。”
挂断了电话，他看着电脑上的数据，拾起了稿纸边的笔。
“五天的时间么，应该能找到一些方向吧？”
徐川轻声自语了一句，没有再多想，手中的笔在稿纸上计算了起来。
“如图一所示的层状结构，其低能物理主要由其中的CuO2平面决定。在CuO2面上，铜原子形成了正方晶格，而两个最近邻铜原子间有一个氧原子。从电子结构上看，其中涉及到的电子轨道主要是铜的3d轨道和氧的2p轨道”
“当对母体材料掺杂一定浓度的空穴后，其在低温下会进入超导相，用数学语言可解释为：”
“H=μd，σ∑iσDi，σdiσ+μp，σ∑IσPI，σP，σ-∑.PI↑Pi↓。”
“考虑铜3dx2-y2轨道的单带Hubbard模型，氧2p轨道上掺入的空穴会与铜3dx2-y2轨道上的空穴形成自旋单态的束缚态，即著名的Zhang-Rice单态。”
“为其建立低能有效模型为t-J模型，计算哈密顿量为：
Ht-j=-∑，σtijPg(Ci，σCj，σ+.)Pg+J∑Si·Sj”
书房中，徐川一边看着电脑上的数据，一边验算着铜碳银复合材料中的强电子关联结构。
用数学来计算物理，这是他这辈子在深研数学的突破，也是他当前最拿手的研究之一。
沉浸在其中，他一边计算着数据一边整合着脑海中的思路。
这是一条解释高温超导机理的路，以前有人走过，但只开辟了很短的一程，而现在，他在往前推进。
在这条原始的道路上行走，这辈子强大的数学能力是他手中的柴刀，披荆斩棘；而上辈子在物理上的研究则更像是一面罗盘，指引着方向，确保他不会开辟出错误的道路。
数学和物理的完美结合，上一次推进的是高能物理领域的粒子信息计算，而这一次，则是深入到材料学科中，去探索原子与电子之间的奥妙。
一点点的，徐川眼中只有书桌上的笔和纸，此刻他仿佛在黑暗中行走，眼前一片漆黑，只有远处闪烁着的一点灯塔亮光指引他前进的方向。
日子一天一天的过去，窗外，深冬季节的天气反常的下起了大雨，天空乌云密布，笼罩着大地。
也不知道过了多久，雨终于停了，太阳在挪动着脚步，试图将自己的光辉穿透乌云重新洒向人间。
书房中，不知从何时起便停下了手中的笔，站在窗边望向远方徐川，正出神的看着雨后那一道道透过乌云落在大地上的光。
望着缓缓在天际落下的夕阳，徐川的嘴角勾起了一丝笑容。
当丁达尔效应出现时，光便有了形状。
那一道道雨过天晴从天空中透下的光，在引领着文明前进的方向。
尽管他没有找到高温超导的超导机理，但已经找到了一条可行的道路。
剩下的，就是沿着这条路继续深入了。
如果能完成高温超导的机理，在未来，他或许能通过数学计算得到高温超导材料的超导态。
到那个时候，超导材料将不再是桎梏科技发展的阻碍。
甚至，说不定他能以此继续推衍，找到新的，更优秀的常温超导材料，将其广泛用于工业各界。
毕竟他后世研发出来的铜碳银复合材料的性质，有些偏向于陶瓷材料，虽然能在常温常压下实现超导，但加工成型困难，且容易受到干扰。
这种受限的常温超导材料，用于可控核聚变，粒子对撞机这种顶尖的科研设备上还行，但是要广泛将其用于发电、输电、储能、弱电等领域还是很困难的。
特别是那些工作环境相对恶劣的设备，就更无法利用了。
如果能找到一种类似于铜铁金属材料的常温超导体，那么现有的科技发展将迎来一次真正的飞跃。
想了想，徐川返身从书桌上拿起了手机，找到了高弘明的电话拨了过去。
不到半个小时的时间，高弘明就迅速从可控核聚变工业园区赶了过来。
“徐院士，您找我。”
徐川点了点头，拿起准备好的硬盘递了过去：“这个里面是针对可控核聚变反应堆腔室中的等离子体湍流建立起来的数学模型。”
“原本我是准备亲自去一趟沽城进行验算的，但现在情况有些变化，我手里还有一些其他的事情，就不准备亲自过去了。麻烦你带着这份硬盘跑一趟吧。”
闻言，高弘明迅速道：“跑一趟不是事情，但您不去，我也不懂数学模型和测试方面的东西啊。”
“如果您实在脱不开身的话，我这边跟上面反馈一下？延期一点时间？这个没关系的。”
徐川想了想，道：“延期不是解决办法。这样吧，我给彭鸿禧院士那边打个电话，让建模部门之前优化模型的两个负责人出来陪你一起过去。”
“这份模型是他们优化的，而且是建模方面的专业人员，能代替我过去。”
“如果到时候真有什么问题，你也可以给我打电话。”
高弘明想了下，道：“也行，只是您不去，我心里始终有点没底。毕竟这事这么重要。”
徐川笑了笑，道：“如果一切顺利，我去其实也做不了什么太多的事情，将模型验算后的数据带回来给我就行了。”
高弘明点了点头，道：“行，既然这样，那我等会先去找一下彭院士。”
徐川：“辛苦你了，一路顺风。”
高弘明将手中的硬盘小心翼翼的放进带来的防撞盒中，道：“我只是做了一些打杂的工作，徐院士您才是真正的辛苦。”
“既然您这边还有事，我就不多打扰了。”
“另外，我这边会通知了部队那边的人，让他们安排人手和我一起护送这份模型安全抵达沽城的。”
“您放心，人在模型在！”
(本章完)
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一旁，樊鹏越和宋文柏也不敢打断这位老板的思考，只能在一旁安静的等待着的。
将脑海中的思路捋清楚后，徐川抬起头，目光熠熠的看向宋文柏，开口道：
“宋教授，接下来的这段时间，你暂时和你的团队停下对铜碳银复合材料的研究，转而全力对你之前研究出来的超低温超导铜碳银复合材料进行分析。”
“我需要这份材料更多的信息资料和分析数据！”
闻言，宋文柏先是愣了一下，随即迅速点头回道：“脱离研究转向分析这个没问题，只是对材料进行分析，咱们研究所的设备可能还有些欠缺。”
“比如做表征结构分析的裂解色谱仪，电感耦合等离子体发射光谱仪这些还没有，缺少这些设备，分析出来的数据并不完善。”
徐川：“这个没问题，相关设备樊总会和伱沟通的，该买的买，设备这东西，买回来又不是说只用这一次。”
樊鹏越点了点头，道：“研究所才扩建没多久，目前的确有一部分设备还没采购，不过这个已经安排在了采购计划中，只是说优先级之前较低，现在既然要用，也可以提前采购的。”
徐川：“如果买新的需要较长的时间，可以试试从国内其他实验室里面买二手的。溢价一些也没有关系，我需要尽快拿到数据。”
会议室中，针对这份超低温超导铜碳银复合材料的实验数据，徐川又咨询了一些问题后，带着一部分的数据离开了川海材料研究所。
回到别墅，他将手中的U盘插入电脑上，从抽屉中取出一叠稿纸，坐在书桌前继续沉思了起来。
自1911年H.卡末林-昂内斯发现汞和锡等金属元素具有超导电性以来，在常压下呈现超导电性的金属元素已经多达了几十种。
而对于超导体材料的分类，目前并没有统一的标准。
一般来说，最常见的分类是以温度来进行区分的。
需要用液氦来冷冻才能达到临界Tc的超导材料被称为低温超导；用液氮来冷冻的，被称为高温超导；而室温下能达到超导的，被称为室温超导。
目前科学界除了能利用BCS理论对低温超导进行解释外，高温和室温为什么也能实现超导性质，并没有完善和统一的解释。
材料学嘛，先意外弄出来材料，再通过对材料进行分析从而找到机理是一件很正常的事情。
后世，他研究出铜碳银复合材料的时候，也曾经试着去探索解释一下高温和室温超导材料的基理。
但最终并没有得到一个准确的答案，再加上后面研究可控核聚变和NS方程没时间就放弃了对这方面的探索。
当然，上辈子他没研究，但不代表没人研究高温超导材料的机理。
后世的主流观点认为铜氧化物高温超导体的超导配对并非源于传统的BCS电声耦合，而是源于电子间的强关联效应。
在高中学习物理的时候，我们很轻易的知道每一颗原子的原子核外，都有着不同数量的电子。
比如氧原子，原子核外有八个带正电的质子，比如碳原子，原子核外有六个电子。
在正常情况下，这些原子组成的固体中的电子之间是很稳定的，各个电子被看成是独立的，不会相互影响。
就像太阳系的八大行星一样，每一颗行星都有着自己独立的运行轨道，不会碰撞到一起。
但是，在许多物质中，比如过渡金属氧化物、镧系氧化物等原子中，外围的电子轨道之间交叠很大，轨道上的电子相互靠近，静电能的增加将不能忽略。
于是这些材料便会产生强关联效应。
而电子之间的强关联效应，正是导致许多新奇的物理现象产生的原因。
如二维电子气中的分数量子霍尔效应、锰氧化物材料中的巨磁阻效应、重费米子系统、二维高迁移率材料中的金属－绝缘体相变.等等。
因此在后世，对于高温超导和常温超导的超导机理，主流用电子强关联效应来进行解释。
只是这种解释，仅仅是理论，无法通过模型或者数学来进行解释。
而在今天，徐川觉得自己或许可以尝试一下。
翻阅着电脑上宋文柏研究的低温铜碳银复合材料的实验数据，徐川认真的看着，准备熟悉后开始推衍高温超导的机理。
正在这时，书桌上的手机铃声响起，他拾起手机，电话是高弘明打过来的。
“徐院士，沽城超算中心那边的申请已经落下来了，时间在五天后，五天后沽城超算中心的天河一号超算会调配出您需要的计算力，来模拟运行您手中的数学模型。”
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徐川点了点头，道：“我知道了，我会准时过去的。”
挂断了电话，他看着电脑上的数据，拾起了稿纸边的笔。
“五天的时间么，应该能找到一些方向吧？”
徐川轻声自语了一句，没有再多想，手中的笔在稿纸上计算了起来。
“如图一所示的层状结构，其低能物理主要由其中的CuO2平面决定。在CuO2面上，铜原子形成了正方晶格，而两个最近邻铜原子间有一个氧原子。从电子结构上看，其中涉及到的电子轨道主要是铜的3d轨道和氧的2p轨道”
“当对母体材料掺杂一定浓度的空穴后，其在低温下会进入超导相，用数学语言可解释为：”
“H=μd，σ∑iσDi，σdiσ+μp，σ∑IσPI，σP，σ-∑.PI↑Pi↓。”
“考虑铜3dx2-y2轨道的单带Hubbard模型，氧2p轨道上掺入的空穴会与铜3dx2-y2轨道上的空穴形成自旋单态的束缚态，即著名的Zhang-Rice单态。”
“为其建立低能有效模型为t-J模型，计算哈密顿量为：
Ht-j=-∑，σtijPg(Ci，σCj，σ+.)Pg+J∑Si·Sj”
书房中，徐川一边看着电脑上的数据，一边验算着铜碳银复合材料中的强电子关联结构。
用数学来计算物理，这是他这辈子在深研数学的突破，也是他当前最拿手的研究之一。
沉浸在其中，他一边计算着数据一边整合着脑海中的思路。
这是一条解释高温超导机理的路，以前有人走过，但只开辟了很短的一程，而现在，他在往前推进。
在这条原始的道路上行走，这辈子强大的数学能力是他手中的柴刀，披荆斩棘；而上辈子在物理上的研究则更像是一面罗盘，指引着方向，确保他不会开辟出错误的道路。
数学和物理的完美结合，上一次推进的是高能物理领域的粒子信息计算，而这一次，则是深入到材料学科中，去探索原子与电子之间的奥妙。
一点点的，徐川眼中只有书桌上的笔和纸，此刻他仿佛在黑暗中行走，眼前一片漆黑，只有远处闪烁着的一点灯塔亮光指引他前进的方向。
日子一天一天的过去，窗外，深冬季节的天气反常的下起了大雨，天空乌云密布，笼罩着大地。
也不知道过了多久，雨终于停了，太阳在挪动着脚步，试图将自己的光辉穿透乌云重新洒向人间。
书房中，不知从何时起便停下了手中的笔，站在窗边望向远方徐川，正出神的看着雨后那一道道透过乌云落在大地上的光。
望着缓缓在天际落下的夕阳，徐川的嘴角勾起了一丝笑容。
当丁达尔效应出现时，光便有了形状。
那一道道雨过天晴从天空中透下的光，在引领着文明前进的方向。
尽管他没有找到高温超导的超导机理，但已经找到了一条可行的道路。
剩下的，就是沿着这条路继续深入了。
如果能完成高温超导的机理，在未来，他或许能通过数学计算得到高温超导材料的超导态。
到那个时候，超导材料将不再是桎梏科技发展的阻碍。
甚至，说不定他能以此继续推衍，找到新的，更优秀的常温超导材料，将其广泛用于工业各界。
毕竟他后世研发出来的铜碳银复合材料的性质，有些偏向于陶瓷材料，虽然能在常温常压下实现超导，但加工成型困难，且容易受到干扰。
这种受限的常温超导材料，用于可控核聚变，粒子对撞机这种顶尖的科研设备上还行，但是要广泛将其用于发电、输电、储能、弱电等领域还是很困难的。
特别是那些工作环境相对恶劣的设备，就更无法利用了。
如果能找到一种类似于铜铁金属材料的常温超导体，那么现有的科技发展将迎来一次真正的飞跃。
想了想，徐川返身从书桌上拿起了手机，找到了高弘明的电话拨了过去。
不到半个小时的时间，高弘明就迅速从可控核聚变工业园区赶了过来。
“徐院士，您找我。”
徐川点了点头，拿起准备好的硬盘递了过去：“这个里面是针对可控核聚变反应堆腔室中的等离子体湍流建立起来的数学模型。”
“原本我是准备亲自去一趟沽城进行验算的，但现在情况有些变化，我手里还有一些其他的事情，就不准备亲自过去了。麻烦你带着这份硬盘跑一趟吧。”
闻言，高弘明迅速道：“跑一趟不是事情，但您不去，我也不懂数学模型和测试方面的东西啊。”
“如果您实在脱不开身的话，我这边跟上面反馈一下？延期一点时间？这个没关系的。”
徐川想了想，道：“延期不是解决办法。这样吧，我给彭鸿禧院士那边打个电话，让建模部门之前优化模型的两个负责人出来陪你一起过去。”
“这份模型是他们优化的，而且是建模方面的专业人员，能代替我过去。”
“如果到时候真有什么问题，你也可以给我打电话。”
高弘明想了下，道：“也行，只是您不去，我心里始终有点没底。毕竟这事这么重要。”
徐川笑了笑，道：“如果一切顺利，我去其实也做不了什么太多的事情，将模型验算后的数据带回来给我就行了。”
高弘明点了点头，道：“行，既然这样，那我等会先去找一下彭院士。”
徐川：“辛苦你了，一路顺风。”
高弘明将手中的硬盘小心翼翼的放进带来的防撞盒中，道：“我只是做了一些打杂的工作，徐院士您才是真正的辛苦。”
“既然您这边还有事，我就不多打扰了。”
“另外，我这边会通知了部队那边的人，让他们安排人手和我一起护送这份模型安全抵达沽城的。”
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