学霸就是要肝 第181章 萧氏超导理论，物理和数学笑话大赏

第181章 萧氏超导理论，物理和数学笑话大赏

第181章 萧氏超导理论，物理和数学笑话大赏

时间很快过去，接下来的时间，萧易开始加入到科学岛实验室的设计当中。

比如说选址，还有如何根据选址的情况，对实验室的整体结构进行设计等等。

为此，萧易还专门花了几天的时间去研究了一下实验室设计，还有建筑设计等相关的书籍。

毕竟，这个实验室是专门为他打造的，他这位未来的科学岛实验室主任，总得为自己以后大概要长期工作的地方思考一下。

而他经过了几天简单的研究之后，就差不多能够自信的说，他即使不是什么建筑大师，也可以称的上是顶尖的设计专家了。

建筑设计什么的，差不多就是如何在结构力学上玩出花样来，其中也需要考虑到各种建筑材料的相关性质。

考虑到一幢建筑往往比较庞大，因此也就让整个设计显得比较复杂。

只不过嘛，对于萧易来说，如果仅仅只是复杂，那就完全不是事儿。

无非就是计算量而已，而计算对他来说，最不是事儿。

让他去参加最强大脑什么的，基本上都是降维打击。

他之前还真的收到过最强大脑的节目邀请，不过嘛，对于这种节目，他当然是不感兴趣的。

总而言之，学成归来后，他时不时提出的建议，都让专门负责设计科学岛实验室的那个设计团队吃了一惊。

他们这个团队已经接过很多实验室相关的设计，像是科学岛上面的一堆研究所实验室什么的，都有他们的参与，此外，他们还承接过不少国家重点实验室乃至是国家实验室的设计任务，就算是国外的实验室，他们也都参与过设计，算得上是在国际上都比较顶尖的团队了。

但萧易提出来的每条建议，几乎都能够给他们带来一些灵感，或者是比他们原有的设计更好，让他们不由感慨，难道智商高，连这种建筑设计都可以精通的吗？幸好，萧易不是一名专职的设计师，不然的话他们还怎么吃得上饭？

就这样，有了萧易的帮助，他们的设计速度也加快了。

而除了实验室设计之外，还有一个重点，就是购买各种实验设备、仪器之类的用品。

这些东西才是一个实验室的关键所在，毕竟实验室是要用来做实验的，只有足够先进的实验设备，才能够帮助一个实验室不断地做出更多优秀的结论。

因此萧易他们这边也已经联系了世界各大顶尖实验仪器、设备的厂商，开始联系订购相关的实验仪器设备等等。

对于要订购哪些实验仪器，萧易在之前就已经想好了，主要都是为了材料掌握这个效果进行服务。

比如说，对于一些价格一样的实验仪器来说，有些实验仪器的额外功能很多，但是在分辨率和清晰度上却稍微有些弱，而有的实验仪器额外功能并不多，不过分辨率和清晰度却足够高。

而对于萧易来说，他需求的就是后者这种分辨率和清晰度高的。

实验仪器的额外功能再牛，还能比得上他外挂自带的额外功能？开玩笑！

懂不懂什么叫外挂啊？当然，考虑到他现在的经费足够多，这两者还是都可以共同满足的。

反正这5亿之中，足足有4亿都可以用来购买实验仪器，剩下的1亿是建筑物料上面的费用，毕竟实验室的搭建，所需要用到的建筑材料也得是比较高级的，比如维持内部温度之类的性能，对于实验而言，温度带来的影响往往都是很大的。

再加上萧易的高要求，1亿的费用也算是比较合理的。

至于地价什么的，那就不存在了，科学岛实验室总共有10多亩地，完全由肥市政府赠送，按照科学岛上面的地价，也差不多相当于三四个亿了。

这算是肥市政府对这个实验室的投资，倒是并不算在省一级的资助之中。

就这样，科学岛实验室的建造开始进入了正轨之中，建造时间大约为一年，其中主要是设计，以及设计验收的时间预计需要花费三个月，剩下的9个月时间才是真正的建造，以及后续装修的时间。

而萧易除了时不时地关注一下，剩下的时间他也没有闲着。

破解高温超导机制已经到了十分关键的地方了！

……

“局部电子密度波动，增强了电子之间的相互作用……”

“局部电子密度波动……局部电子密度波动……”

萧易的脑海中深深地思考着这件事情。

“到底是怎么增强的电子相互作用？”

他的脑海中开始回顾物理学的历史中，BCS理论的发现过程，特别是库珀对的发现过程。

库珀对是一种电子关联的现象，但它并不是强电子关联系统。

不过，在高温超导体这样的复杂材料系统中，电子强关联和库珀对的概念可能共同起作用，因此，回顾这个过程，或许也能够帮助他揭示高温超导的机制。

BCS理论，解释的是某些低温超导金属的超导机制。

在20世纪50年代，约翰·巴丁等物理学家已经提出，晶格振动可能在电子之间产生一种吸引力，这与通常的电子间的库仑排斥力不同。

而后，那位提出了库珀对的莱昂·库珀开始研究在费米海面附近的电子行为，费米面是指在绝对零度下，电子的最大能量边界。

“在库珀的研究中，他是假设如果两个电子的总动量为零，也就是动量大小相同但方向相反，并且它们通过交换声子相互作用，那么这种相互作用可以导致电子对的形成。”

萧易在草稿纸上模拟着库珀当初的推导过程。

“……最关键的是，他通过量子力学计算证明了，当温度低于某个临界值时，电子对的形成是自发的，这种自发形成的电子对能够降低系统的总能量，使得整个系统在低温下更稳定，即使是微弱的电子-声子相互作用也能导致库珀对的形成。”

“唔……这里就是关键了，因为温度足够低，在费米面附近的电子态之间存在一个能量间隙，因此单个电子不能轻易被激发到更高能态，同时温度也没有达到超过库珀对之间配对能量的阈值，所以电子和声子之间的相互作用力能够让库珀对形。”

“但是在高温状态下，电子被激发到更高态，热噪声又会导致电子之间的随机散射，所以对于这些BCS理论解释下的传统超导体，无法在高温下实现超导。”

“而对于钇钡铜氧这类镧钡铜氧化物，还有部分铁基超导体，则在更高的温度上，展现出了强关联电子系统，从而实现了超导。”

“比如，在铜氧化物高温超导体中，库珀对通常被认为具有d波对称性而并非传统超导体中的s波对称性……”

“局部电子密度波动……局部电子密度波动……”

萧易拿出笔，在草稿纸上列出了各种相关的信息。

看着所有的这些信息，他的脑海中也回忆起之前的那些灵感，直到最后，他的眼睛中蓦然爆发出一阵精光。

“自旋密度波！不对，应该是局部自旋密度波！”

“如果将局部自旋密度波也代入进去的话……”

“再加上局部电子密度波……”

“结合这两种理论来描述电子强关联系统的话……”

可行！不管如何，这也绝对能够算是一种研究角度。

没有废话，他便重新拿出了新的草稿纸。

“嗯……这两者之间还无法直接代入进去，最好应该是从其他方向入手。”

“对了！哈伯德模型！”

眼前一亮，手中的笔也继续动了起来。

【哈密顿量表示为：H=t∑[i，j]，σ(ciσcjσ h.c.) U∑ini↑ni↓】

【其中，t是电子跃迁的振幅，U是电子在同一格点上相互作用的能量。】

“接着就是自旋密度波……可以用一个周期性的自旋排列来描述。”

【[Szi]=S0cos(QRi)】

“嗯……接下来先模拟一下铁基超导体中的电子行为好了。”

“不过得先建一下模。”

就这样大概过去了差不多两个小时后，萧易完成了建模，并且将模型输入到了电脑上。“接下来，就是连接服务器了。”

当初萧易花了几百个W买的服务器，可是还放在科大中呢。

于是，很快就连接上了服务器，然后将模型放上去跑了起来。

模型中所使用的方法，正是绝对电子性计算，这个由他搞出来的模型，如今已经是材料学，还有凝聚态等多种领域都广泛使用的模型。

对于分析他的这个模型，基本上就没有更好的，也更合适的了。

不过除了绝对电子性计算之外，他还使用了另外一种叫做密度矩阵重正化群DMRG的方法，DMRG特别适用于处理低维强关联电子系统，特别是在一维和准一维系统方面的优势。

虽然 FeSe/SrTiO3是一个二维材料，但在某些情况下，可以将其简化为准一维链来研究局部现象，从而帮助萧易深入研究铁空位引起的局部电子态分布和自旋密度波的行为。

很快，结果出来了。

“果然，铁空位引起的局部电子密度波动和自旋密度波在费米面附近产生了有效的吸引相互作用……看这个数值结果，这种相互作用类似于传统的库珀对形成机制中的声子介导吸引，但其来源是自旋密度波引起的局部磁性波动。”

“磁性涨落么……”

他的眼前越发亮了起来。

“局部电子密度波动导致了电子态的重新排列，使得某些电子态在这些区域内更容易形成配对，自旋密度波在这些局部区域内引起了磁性波动，这些波动增强了电子之间的吸引相互作用……等等！”

他的神情陡然严肃了起来，重新观察了一遍这些模拟的数据。

直到最后，他重新在旁边的草稿纸上罗列出了两个模型。

其中一个，是局部电子密度波模型，另外一个，是局部自旋密度波模型。

观察了这两个模型良久后，他开始动手。

“现在我直接假设当考虑电子密度波和自旋密度波的耦合时，系统的基态能量显著降低，同时在费米面附近形成了更强的电子配对相互作用……”

完成了假设后，他略微感慨地摇摇头：“啧，不管怎么样，都还是有点不习惯这种假设方式啊。”

虽然他在物理学上做出了不少重要的成果，不过从心理上他还是认可自己作为数学家的身份的，而对于物理学中的某些方法，从数学的角度来说，是相当难认可的。

就像是有句笑话：【可能数学家看到这一步会生气，但是我们不去管他】。

他现在就是这样，先假设，不管这个假设对不对，用了再说。

用完之后再去对照实验，只要实验验证对了，那这个假设就是正确的。

对于数学家来说就像是直接默认黎曼猜想是正确的，当然，物理学家有时候还真的就默认黎曼猜想是正确的，这就主要因为数学是可以无穷的，而对于物理学来说，不存在真正的无穷，而目前已经验证的级数范围内，已经够物理学家们使用了，因此黎曼猜想都已经在物理学的不少理论中有所运用了，比如量子混沌理论、统计力学、随机矩阵理论等等。

简而言之就是，数学家是这样的，物理学家假设完就可以直接用了，但数学家要考虑的就很多了。

虽然萧易还是略微有些不习惯，不过这个方法一旦用起来，还是很爽的。

直到最后。

“完成了……”

他惊讶地看着草稿纸上最终得出来的那浑然一体的模型。

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

其中，x是电子密度和自旋密度之间的耦合常数。

大概，任谁都想不到，这两个在过去都是分别处理的理论，竟然还存在这样的联系，电子密度波和自旋密度波可以通过相互作用耦合，从而形成一个增强电子配对的机制。

而这个模型，能够在大致上实现对高温超导机制的描述！

他的心中充满了激动。

真是山重水复疑无路，柳暗花明又一村。

电子密度波和自旋密度波在他的眼前出现过不知道多少回，当然，也在整个物理学界人们的眼前出想过不知道多少回，大概任谁都想象不到，这两者之间还能够发生耦合！

“这个新的模型……暂且命名为XSC理论吧。”

萧氏超导理论。

怀着略显激动的心情，他开始仔细审视眼前的这个理论，并且开始将他之前列出的各种关于高温超导的现象代入进去，看看能否实现解释。

而最终的结果，很喜人。

因为它们几乎都可以对得上！

只不过都存在一定的误差。

当然，觉得它有误差，仍然是萧易从数学家的身份认为的。

这就是另外的一个笑话了。

数学系：【0.9999……就是不等于1。】

物理系：【实验结果0.999……，计算结果1，我草，理论和实际符合的这么完美，人家不会说我数据造假吧？】

天体物理系：【观测数据1*10的24次方，计算结果9*10的24次方，一个数量级的？那没啥问题了，这个模型非常完美。】

因此，实际上，萧易的这个结果，从物理学的角度来说，已经是几乎完美解释了高温超导体。

“所以，我算是搞定了？”

他的心中还略有些恍然。

大概就像是当年的库珀在假设两个电子的总动量为零之后，意外研究出了库珀对一样。

“习惯就好，物理是这样的。”

略微感慨了一声。

不过他清楚的是，这个模型还可以再进行优化，因为虽然说物理学对于一定程度的误差不是很在意，但实际上根据他刚才的计算，计算结果和那些具体的现象之间的误差还是属于偏大的。

其中，可能主要就是因为x，这个电子密度和自旋密度之间的耦合常数，现在它也可以称之为萧易常数，或者是超导常数。

类似于爱因斯坦常数、普朗克常数。

而根据萧易的计算结果，这个x≈1.271851，显然尚有些不精确。

至于如何优化，对于他来说，有一条很简单的方法。

“实验！数据！”

只要通过更多的实验，再加上更多的数据，他就能够轻松地得到x的更精确值。

一想到这里，他就恨不得穿越到一年之后，前往那已经建成的科学岛实验室进行实验。

但最终，他还是摇摇头。

“算了，还是别想这么多了。”

“去材料学院那边吧，借一下孙丽娜的实验室……唔，好吧，应该是洛明雅的实验室。”

……