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本文主要研究掺杂C60超导体中的位相涨落问题,以此为中心做了几个方面的工作。
我们首先根据掺杂C60超导体的特性建立了一个模型。在此模型基础上,对掺杂C60超导体中的位相涨落进行了研究,并讨论了位相涨落对超导体超导电性产生的重要影响。我们发现,位相涨落使体系的金兹堡-朗道自由能曲线出现两个极值,并使体系的自由能升高,超导序参量下降。随着位相涨落的增强,体系存在超导-正常态量子相变。特别是,超导序参量在相变点并不是连续地趋于零,而是由一个有限值跳跃到零。随着温度升高,体系的序参量也会在超导转变温度附近有一个有限值跳跃到零,这与实验观测相一致。
紧接着,我们讨论了C60单层膜中出现超导电性的可能性。我们假定C60膜中存在超导电性,且电子配对机制与掺杂C60超导体中的机制相同,然后描述并计算了其中的超导位相涨落,给出了零温相图。我们发现,既使在零温下,C60单层膜的参数落也在正常态区域。因此得出结论:C60单层膜中既使存在相同于掺杂C60超导体的电子配对机制,由于受到位相涨落的抑制,也不可能出现这种机制的超导电性。
在上面我们使用的用以描述量子涨落的模型实际上是简化的Bose-Hubbard模型,模型中量子涨落受库柏对之间的有效库仑相互作用Ueff的调制,并随着Ueff的减小,涨落也随之减小。当UEff趋于零的时候,按照上面的模型,量子涨落为零。实际上,超导量子涨落起因于Anderson早年指出的超导序参量的位相和库柏对数目的对偶性。在UEff趋于零的极限下,这种对偶性仍然存在,即量子涨落仍然是存在的。但是,这种极限下上面的模型失效。我们将这种涨落定义为“本征超导量子涨落”。我们从金兹堡-朗道自由能出发给出了体系的涨落哈密顿量,然后讨论这种涨落对体系超导电性的影响。研究发现,本征超导量子涨落使体系的超导序参量减小,金兹堡-朗道自由能上升;在某些条件下,体系发生超导-正常态量子相变;在库柏对之间的有效库仑相互作用趋于零的情况下,超导薄膜不可能出现玻色金属态。
最后我们对工作进行了总结,并在此基础上对未来作进行了展望。