第181章 蕭氏超導理論，物理和數學笑話大賞

  第181章 蕭氏超導理論，物理和數學笑話大賞

  時間很快過去，接下來的時間，蕭易開始加入到科學島實驗室的設計當中。

  比如說選址，還有如何根據選址的情況，對實驗室的整體結構進行設計等等。

  為此，蕭易還專門花了幾天的時間去研究了一下實驗室設計，還有建築設計等相關的書籍。

  畢竟，這個實驗室是專門為他打造的，他這位未來的科學島實驗室主任，總得為自己以後大概要長期工作的地方思考一下。

  而他經過了幾天簡單的研究之後，就差不多能夠自信的說，他即使不是什麼建築大師，也可以稱的上是頂尖的設計專家了。

  建築設計什麼的，差不多就是如何在結構力學上玩出花樣來，其中也需要考慮到各種建築材料的相關性質。

  考慮到一幢建築往往比較龐大，因此也就讓整個設計顯得比較複雜。

  只不過嘛，對於蕭易來說，如果僅僅只是複雜，那就完全不是事兒。

  無非就是計算量而已，而計算對他來說，最不是事兒。

  讓他去參加最強大腦什麼的，基本上都是降維打擊。

  他之前還真的收到過最強大腦的節目邀請，不過嘛，對於這種節目，他當然是不感興趣的。

  總而言之，學成歸來後，他時不時提出的建議，都讓專門負責設計科學島實驗室的那個設計團隊吃了一驚。

  他們這個團隊已經接過很多實驗室相關的設計，像是科學島上面的一堆研究所實驗室什麼的，都有他們的參與，此外，他們還承接過不少國家重點實驗室乃至是國家實驗室的設計任務，就算是國外的實驗室，他們也都參與過設計，算得上是在國際上都比較頂尖的團隊了。

  但蕭易提出來的每條建議，幾乎都能夠給他們帶來一些靈感，或者是比他們原有的設計更好，讓他們不由感慨，難道智商高，連這種建築設計都可以精通的嗎？

  幸好，蕭易不是一名專職的設計師，不然的話他們還怎麼吃得上飯？

  就這樣，有了蕭易的幫助，他們的設計速度也加快了。

  而除了實驗室設計之外，還有一個重點，就是購買各種實驗設備、儀器之類的用品。

  這些東西才是一個實驗室的關鍵所在，畢竟實驗室是要用來做實驗的，只有足夠先進的實驗設備，才能夠幫助一個實驗室不斷地做出更多優秀的結論。

  因此蕭易他們這邊也已經聯繫了世界各大頂尖實驗儀器、設備的廠商，開始聯繫訂購相關的實驗儀器設備等等。

  對於要訂購哪些實驗儀器，蕭易在之前就已經想好了，主要都是為了材料掌握這個效果進行服務。

  比如說，對於一些價格一樣的實驗儀器來說，有些實驗儀器的額外功能很多，但是在解析度和清晰度上卻稍微有些弱，而有的實驗儀器額外功能並不多，不過解析度和清晰度卻足夠高。

  而對於蕭易來說，他需求的就是後者這種解析度和清晰度高的。

  實驗儀器的額外功能再牛，還能比得上他外掛自帶的額外功能？

  開玩笑！

  懂不懂什麼叫外掛啊？

  當然，考慮到他現在的經費足夠多，這兩者還是都可以共同滿足的。

  反正這5億之中，足足有4億都可以用來購買實驗儀器，剩下的1億是建築物料上面的費用，畢竟實驗室的搭建，所需要用到的建築材料也得是比較高級的，比如維持內部溫度之類的性能，對於實驗而言，溫度帶來的影響往往都是很大的。

  再加上蕭易的高要求，1億的費用也算是比較合理的。

  至於地價什麼的，那就不存在了，科學島實驗室總共有10多畝地，完全由肥市政府贈送，按照科學島上面的地價，也差不多相當於三四個億了。

  這算是肥市政府對這個實驗室的投資，倒是並不算在省一級的資助之中。

  就這樣，科學島實驗室的建造開始進入了正軌之中，建造時間大約為一年，其中主要是設計，以及設計驗收的時間預計需要花費三個月，剩下的9個月時間才是真正的建造，以及後續裝修的時間。

  而蕭易除了時不時地關注一下，剩下的時間他也沒有閒著。

  破解高溫超導機制已經到了十分關鍵的地方了！

  ……

  「局部電子密度波動，增強了電子之間的相互作用……」

  「局部電子密度波動……局部電子密度波動……」

  蕭易的腦海中深深地思考著這件事情。

  「到底是怎麼增強的電子相互作用？」

  他的腦海中開始回顧物理學的歷史中，BCS理論的發現過程，特別是庫珀對的發現過程。

  庫珀對是一種電子關聯的現象，但它並不是強電子關聯繫統。

  不過，在高溫超導體這樣的複雜材料系統中，電子強關聯和庫珀對的概念可能共同起作用，因此，回顧這個過程，或許也能夠幫助他揭示高溫超導的機制。

  BCS理論，解釋的是某些低溫超導金屬的超導機制。

  在20世紀50年代，約翰·巴丁等物理學家已經提出，晶格振動可能在電子之間產生一種吸引力，這與通常的電子間的庫侖排斥力不同。

  而後，那位提出了庫珀對的萊昂·庫珀開始研究在費米海面附近的電子行為，費米面是指在絕對零度下，電子的最大能量邊界。

  「在庫珀的研究中，他是假設如果兩個電子的總動量為零，也就是動量大小相同但方向相反，並且它們通過交換聲子相互作用，那麼這種相互作用可以導致電子對的形成。」

  蕭易在草稿紙上模擬著庫珀當初的推導過程。

  「……最關鍵的是，他通過量子力學計算證明了，當溫度低於某個臨界值時，電子對的形成是自發的，這種自發形成的電子對能夠降低系統的總能量，使得整個系統在低溫下更穩定，即使是微弱的電子-聲子相互作用也能導致庫珀對的形成。」

  「唔……這裡就是關鍵了，因為溫度足夠低，在費米面附近的電子態之間存在一個能量間隙，因此單個電子不能輕易被激發到更高能態，同時溫度也沒有達到超過庫珀對之間配對能量的閾值，所以電子和聲子之間的相互作用力能夠讓庫珀對形。」

  「但是在高溫狀態下，電子被激發到更高態，熱噪聲又會導致電子之間的隨機散射，所以對於這些BCS理論解釋下的傳統超導體，無法在高溫下實現超導。」

  「而對於釔鋇銅氧這類鑭鋇銅氧化物，還有部分鐵基超導體，則在更高的溫度上，展現出了強關聯電子系統，從而實現了超導。」

  「比如，在銅氧化物高溫超導體中，庫珀對通常被認為具有d波對稱性而並非傳統超導體中的s波對稱性……」

  「局部電子密度波動……局部電子密度波動……」

  蕭易拿出筆，在草稿紙上列出了各種相關的信息。

  看著所有的這些信息，他的腦海中也回憶起之前的那些靈感，直到最後，他的眼睛中驀然爆發出一陣精光。

  「自旋密度波！不對，應該是局部自旋密度波！」

  「如果將局部自旋密度波也代入進去的話……」

  「再加上局部電子密度波……」

  「結合這兩種理論來描述電子強關聯繫統的話……」

  可行！

  不管如何，這也絕對能夠算是一種研究角度。

  沒有廢話，他便重新拿出了新的草稿紙。

  「嗯……這兩者之間還無法直接代入進去，最好應該是從其他方向入手。」

  「對了！哈伯德模型！」

  眼前一亮，手中的筆也繼續動了起來。

  【哈密頓量表示為：H=t∑[i，j]，σ(ciσcjσ+h.c.)+U∑ini↑ni↓】

  【其中，t是電子躍遷的振幅，U是電子在同一格點上相互作用的能量。】

  「接著就是自旋密度波……可以用一個周期性的自旋排列來描述。」

  【[Szi]=S0cos(QRi)】

  「嗯……接下來先模擬一下鐵基超導體中的電子行為好了。」

  「不過得先建一下模。」

  就這樣大概過去了差不多兩個小時後，蕭易完成了建模，並且將模型輸入到了電腦上。「接下來，就是連接伺服器了。」

  當初蕭易花了幾百個W買的伺服器，可是還放在科大中呢。

  於是，很快就連接上了伺服器，然後將模型放上去跑了起來。

  模型中所使用的方法，正是絕對電子性計算，這個由他搞出來的模型，如今已經是材料學，還有凝聚態等多種領域都廣泛使用的模型。

  對於分析他的這個模型，基本上就沒有更好的，也更合適的了。

  不過除了絕對電子性計算之外，他還使用了另外一種叫做密度矩陣重正化群DMRG的方法，DMRG特別適用於處理低維強關聯電子系統，特別是在一維和准一維系統方面的優勢。

  雖然 FeSe/SrTiO3是一個二維材料，但在某些情況下，可以將其簡化為準一維鏈來研究局部現象，從而幫助蕭易深入研究鐵空位引起的局部電子態分布和自旋密度波的行為。

  很快，結果出來了。

  「果然，鐵空位引起的局部電子密度波動和自旋密度波在費米面附近產生了有效的吸引相互作用……看這個數值結果，這種相互作用類似於傳統的庫珀對形成機制中的聲子介導吸引，但其來源是自旋密度波引起的局部磁性波動。」

  「磁性漲落麼……」

  他的眼前越發亮了起來。

  「局部電子密度波動導致了電子態的重新排列，使得某些電子態在這些區域內更容易形成配對，自旋密度波在這些局部區域內引起了磁性波動，這些波動增強了電子之間的吸引相互作用……等等！」

  他的神情陡然嚴肅了起來，重新觀察了一遍這些模擬的數據。

  直到最後，他重新在旁邊的草稿紙上羅列出了兩個模型。

  其中一個，是局部電子密度波模型，另外一個，是局部自旋密度波模型。

  觀察了這兩個模型良久後，他開始動手。

  「現在我直接假設當考慮電子密度波和自旋密度波的耦合時，系統的基態能量顯著降低，同時在費米面附近形成了更強的電子配對相互作用……」

  完成了假設後，他略微感慨地搖搖頭：「嘖，不管怎麼樣，都還是有點不習慣這種假設方式啊。」

  雖然他在物理學上做出了不少重要的成果，不過從心理上他還是認可自己作為數學家的身份的，而對於物理學中的某些方法，從數學的角度來說，是相當難認可的。

  就像是有句笑話：【可能數學家看到這一步會生氣，但是我們不去管他】。

  他現在就是這樣，先假設，不管這個假設對不對，用了再說。

  用完之後再去對照實驗，只要實驗驗證對了，那這個假設就是正確的。

  對於數學家來說就像是直接默認黎曼猜想是正確的，當然，物理學家有時候還真的就默認黎曼猜想是正確的，這就主要因為數學是可以無窮的，而對於物理學來說，不存在真正的無窮，而目前已經驗證的級數範圍內，已經夠物理學家們使用了，因此黎曼猜想都已經在物理學的不少理論中有所運用了，比如量子混沌理論、統計力學、隨機矩陣理論等等。

  簡而言之就是，數學家是這樣的，物理學家假設完就可以直接用了，但數學家要考慮的就很多了。

  雖然蕭易還是略微有些不習慣，不過這個方法一旦用起來，還是很爽的。

  直到最後。

  「完成了……」

  他驚訝地看著草稿紙上最終得出來的那渾然一體的模型。

  其哈密頓量描述為：【H=t∑[i，j]，σ(ciσcjσ+h.c.)+∑iVini+J∑[i，j]SiSj+∑ihiSiz+x∑iniSiz】

  其中，x是電子密度和自旋密度之間的耦合常數。

  大概，任誰都想不到，這兩個在過去都是分別處理的理論，竟然還存在這樣的聯繫，電子密度波和自旋密度波可以通過相互作用耦合，從而形成一個增強電子配對的機制。

  而這個模型，能夠在大致上實現對高溫超導機制的描述！

  他的心中充滿了激動。

  真是山重水複疑無路，柳暗花明又一村。

  電子密度波和自旋密度波在他的眼前出現過不知道多少回，當然，也在整個物理學界人們的眼前出想過不知道多少回，大概任誰都想像不到，這兩者之間還能夠發生耦合！

  「這個新的模型……暫且命名為XSC理論吧。」

  蕭氏超導理論。

  懷著略顯激動的心情，他開始仔細審視眼前的這個理論，並且開始將他之前列出的各種關於高溫超導的現象代入進去，看看能否實現解釋。

  而最終的結果，很喜人。

  因為它們幾乎都可以對得上！

  只不過都存在一定的誤差。

  當然，覺得它有誤差，仍然是蕭易從數學家的身份認為的。

  這就是另外的一個笑話了。

  數學系：【0.9999……就是不等於1。】

  物理系：【實驗結果0.999……，計算結果1，我草，理論和實際符合的這麼完美，人家不會說我數據造假吧？】

  天體物理系：【觀測數據1*10的24次方，計算結果9*10的24次方，一個數量級的？那沒啥問題了，這個模型非常完美。】

  因此，實際上，蕭易的這個結果，從物理學的角度來說，已經是幾乎完美解釋了高溫超導體。

  「所以，我算是搞定了？」

  他的心中還略有些恍然。

  大概就像是當年的庫珀在假設兩個電子的總動量為零之後，意外研究出了庫珀對一樣。

  「習慣就好，物理是這樣的。」

  略微感慨了一聲。

  不過他清楚的是，這個模型還可以再進行優化，因為雖然說物理學對於一定程度的誤差不是很在意，但實際上根據他剛才的計算，計算結果和那些具體的現象之間的誤差還是屬於偏大的。

  其中，可能主要就是因為x，這個電子密度和自旋密度之間的耦合常數，現在它也可以稱之為蕭易常數，或者是超導常數。

  類似於愛因斯坦常數、普朗克常數。

  而根據蕭易的計算結果，這個x≈1.271851，顯然尚有些不精確。

  至於如何優化，對於他來說，有一條很簡單的方法。

  「實驗！數據！」

  只要通過更多的實驗，再加上更多的數據，他就能夠輕鬆地得到x的更精確值。

  一想到這裡，他就恨不得穿越到一年之後，前往那已經建成的科學島實驗室進行實驗。

  但最終，他還是搖搖頭。

  「算了，還是別想這麼多了。」

  「去材料學院那邊吧，借一下孫麗娜的實驗室……唔，好吧，應該是洛明雅的實驗室。」

  ……

  (本章完)