超導體與半導體在高磁場下的物理性質
Abstract
本計畫將包含下列兩個子計畫,下面每一個子計畫作更具體的細項來敘述.在強磁場
下，物理性質在最低Landau 能階近似法(lowest Landau level approximation, LLL) 下可
以得到很好的近似。
I. 超強磁場下高溫超導體的傳輸性質與磁性理論
1. 在無序渦漩物質的熱動理學性質和傳輸性質. 高溫超導體的渦旋晶格的表現控制許
多超導體中的特性.理解這些特性對材料的商業應用和基礎研究都非常重要.瞭解無序
與溫度擾動和渦漩物質的交互作用的強關連電子的物理不論在應用或純科學上都有很
佔有很重要的地位。在過去很多年來我的研究群在LLL 近似區內建立了一個量化的理
論來描述溫度效應在相變附近的物理現象，同時的解釋了高溫超導體如YBCO 和層狀
結構的LaSCO。無序效應直到最近理論學家利用「replica method」才將將渦漩物質的理
論發展到實際問題，此後我們才得以解釋無序-有序的相圖. 然而這些方法目前只侷限在
靜態平衡系統上的討論,我計畫將針對動態和不可逆的現象包括玻璃態動力學和記憶效
應.同時的尋找出玻璃態的相變臨界線和無定型及結晶態內不可逆的相變線.一般的統計
力學上ergodic 的假設已不適用,複雜的動態學逼近法可用來應付動態系統在線性反應區
的現象.
2. 渦漩物質結構相變渦漩物質相變理論是目前研究的課題之一.近年來,拜新的實驗技
術如小角度的中子散射或更複雜的介子自旋旋轉技術所賜,渦旋物質的相變在實驗上被
觀察到. Yeshurun 在Bar Ilan 的研究小組最近在高溫超導體LaSCO 的磁性曲線觀察到
第二個峰值,我們認為這是晶格相變的現象. 我們將考慮兩種互補的近似法來研究溫度
擾動和無序的影響對結構相變現象的效應, 一是由變異的Ginzburg –Landau 相變理論,
他考慮了四角型晶格渦漩間偶合的強度的旋轉不變性項.這一部分的研究主要是我博士
班學生林佩真博士論文的主題.我們採用了LLL 和平均場的近似法來計算不同結構之系
統的自由能.在另一個極限下,我們採用了London 理論, 這個近似法將渦漩考慮成為線
狀的物質,這種物質的交互作用力如同d-wave 超導體是沒有旋轉對偁性,最早是由交大電
物的楊宗哲教授所推倒出來的.這個異向性導致在強外場下為晶格呈現正方形的晶格,在
低場下四邊形對偁姓被破壞而形成菱形的晶格.軟化的渦璇靠近相變線導致臨界電流上
產生"peak effect",及突然的增大.我們利用自洽的harmonic approximation 的路徑積分考
慮了溫度和無序效應的影響.
3. 第二類超導的磁束極限動力現象在過去幾年克服了材料和技術上的問題, 在第二類
超導爆炸衝擊波實驗可以利用快閃雷射的脈衝來產生.穩定的磁束前波可以到達10-100
km/sec. 此外,波前有時候會產生樹脂狀的分支.我會用超導渦漩物質的流體動力學方程
式來模擬分析這個現象.由於此一高速接近於破壞超導電流因此在波前部分窄區間會變
成正常態,在前端的能量的損耗和流失到達穩定的終端速度.這個新的領域裡面的發展非
常的我們的理論目前釋目前最能解釋這個爆炸衝擊波的三個主要理論之一.
4. 第二類超導的de Haas-van Alfven 效應近期發現的FFLO態在有機的準二維繫統的
重費米子超導化合物如CeCoIn5, 重新興起了理論學家對自選與軌道交互作用力的在破
壞Cooper對的興趣. 我們將採用加入電子自旋效應修正過的BSC理論來研究在高磁場下
相變附近的effective spin pair breaking第二類超導發生的現象.