Критерий Гинзбурга и сверхпроводимость

Критерий Гинзбурга количественно говорит нам, когда верна теория среднего поля. Если ф — параметр порядка системы, то теория среднего поля требует, чтобы флуктуации параметра порядка были намного меньше фактического значения параметра порядка вблизи критической точки:

( дельта ф ) 2 << ф 2 .

Например, в случае модели Изинга. Параметр порядка задается намагниченностью, и мы можем сделать флуктуации Расширение

м "=" м 0 + дельта м

где м 0 является параметром порядка и дельта м описывает колебания. Тогда можно показать, что критерий Гинзбурга соответствует

дельта м ( Икс ) дельта м ( Икс ) << м 0 2

где дельта м ( Икс ) дельта м ( Икс ) – корреляционная функция флуктуаций.

Мне интересно, как это работает для теории BCS? Здесь функционал действия BCS читается

С БКС "=" Вопрос Δ Вопрос ( г β В ) 1 Δ Вопрос тр п ( ( г БКС 1 ) )

с ( г БКС 1 ) к , д "=" ( ( я ю + ϵ к ) дельта к , д Δ к д Δ д к ( я ю ϵ к ) дельта к , д ) . Тогда с расширением флуктуаций

Δ Вопрос "=" β В Δ дельта Вопрос , 0 + Φ Вопрос

где Δ - Параметр порядка среднего поля и Φ Вопрос поле флуктуаций. Тогда, потому что ( г БКС 1 ) к , д линейна в Δ Вопрос мы можем написать ( г БКС 1 ) к , д "=" ( г МФ 1 ) к , д + ( Флюк ) к , д .

После небольшой алгебры можно показать, что статистическая сумма разложена на множители.

Z БКС "=" Z МФ Z Флюк

с Z МФ является статистической суммой для параметра порядка среднего поля и Z Флюк для колебаний. Статистическая сумма для флуктуаций имеет следующий вид

Z Флюк "=" Д [ Φ , Φ ] е С Флюк

с функционалом действия флуктуаций

С Флюк "=" 1 2 Вопрос ( Φ Вопрос , Φ Вопрос ) ( Г 11 Г 12 Г 21 Г 22 ) ( Φ Вопрос Φ Вопрос )

Здесь у нас есть корреляционная матрица Г "=" ( Г 11 Г 12 Г 21 Г 22 ) .

Мой вопрос в том, как я могу связать матрицу корреляции Г к параметру порядка среднего поля Δ , который является скаляром для критерия Гинзбурга?

Изменить: для справки я использовал следующую статью Path-Integral Description of Cooper Pairing . В этой статье есть определение корреляционной матрицы Г .

Ответы (1)

Действие имеет два классических (среднепольных) решения, одно из которых равно нулю, а другое является ненулевым параметром порядка БКШ. Когда вы расширяете действие вокруг Δ "=" 0 то, что вы получаете, является бесконечным рядом. Если пренебречь квантовыми флуктуациями (положим ю н 0 "=" 0 ) ряд становится гамильтонианом статистического поля Ландау-Гинзбурга (поэтому теория ЛГ работает для нормальной фазы и для сверхпроводящей фазы вблизи точки перехода, где параметр порядка мал). Для гамильтониана Ландау-Гинзбурга критерий Гинзбурга утверждает, что влияние флуктуаций преобладает в поведении системы в размерностях, меньших г "=" 4 (Вы можете увидеть все стандартные учебники для получения более подробной информации и получения). Таким образом, теория среднего поля не может описать сверхпроводимость, поскольку г < 4 в реальном мире (на самом деле экспериментальные результаты согласовывались с предсказаниями теории LG, и это было связано с отсутствием достаточной точности в экспериментах в те дни, для получения дополнительной информации см. стандартные ссылки).

Но если настаивать на расширении действия в «глубокой» фазе БКШ (где параметр порядка велик), найти Г матрица, вы должны расширить термин трассировки:

Т р п ( г М Ф 1 + Σ ) "=" Т р п г М Ф 1 + Т р п ( 1 + г М Ф Σ ) "=" Т р п г М Ф 1 + Т р ( г М Ф Σ ) 1 2 Т р ( г М Ф Σ г М Ф Σ ) + . . .
Условия первого порядка отменяются для значения среднего поля Δ . Если вы вычислите член второго порядка, вы можете получить Г матрица (хотя может быть немного алгебры).

Я просто хочу привести некоторые цифры. Критерий Гинзбурга-Леванюка сверхпроводимости гласит: ( Δ / Е Ф ) 4 1 . Это означает, что отношение сверхпроводящей щели к энергии Ферми должно оставаться малым, чтобы флуктуации не были слишком сильными. В обычном сверхпроводнике БКШ обычно Δ / Е Ф ( 10 4 10 5 ) , что объясняет, почему обработка среднего поля идеально подходит для обычных сверхпроводников. Наоборот, это отношение взрывается для фермионных газов с холодными атомами и для высокотемпературной сверхпроводимости...