关于超导体的能隙介绍

[拼音]：chaodaoti de nengxi

[外文]：energy gap of superconductors

超导体最低激发态与基态之间存在一定的能量间隙。拆散一个电子对（库珀对）产生两个单电子至少需要能隙宽度2△的能量。热运动可以拆散电子对产生单电子。能隙的存在使得在温度T远低于临界温度T0时，超导体中单电子（正常电子）的数目按 exp(-2△/kT)变化。这就导致超导体的电子比热容和热导率按温度指数规律变化。当电磁波（微波或远红外线）的频率足够高 (hv≥2△)时，同样可以激发出单电子。此时超导体会强烈地吸收电磁波。在以超导体为一个电极的隧道结中，当结电压足够高(V≥△/e)时，大量的电子对被拆散，形成单电子参与隧道过程，使隧道电流在V＝△/e处突然上升，若隧道结的两个电极都是超导体，能隙为△1、△2，则在V＝(△1+△2)/e处突然上升。这些现象都证明能隙的存在，并可用来测定能隙值2△。

能隙的存在是超导微观理论的基础之一。BCS理论从量子力学基本原理出发推导出能隙的存在，并预言了它与温度以及△(0)和临界温度的关系〔△(0)为绝对零度下的能隙〕。能隙与温度的关系在许多超导体上得到证实。对于Sn、In、Al等超导体， 2△(0)/kT0的测量值与BCS理论预言的值3.53一致。但是，对于Pb和Hg，实验值分别为4.3和4.6，与理论值差异相当大。强耦合超导理论能够很好地解释这些差异（见强耦合超导体）。

能隙的发现为BCS理论的建立奠定了基础。但是，能隙并不是超导性存在的必要条件。某些杂质可以降低超导体的临界温度，但它使能隙减小得更快。高于某一杂质浓度时，能隙已降低为零，但T0却仍是有限值。这就出现了无能隙超导体。磁场也可以造成无能隙的超导体。