BCS 超导体中超流产生理论

我们重新审视了那些超导转变温度可由 BCS 理论解释的超导体的超流产生机制，其动机源于对交流约瑟夫森效应[J. Supercond. Nov. Magn. (2015) 28:61]的再检验，该效应表明电磁矢量势 ${\bf A}^{\rm em}$ 分别耦合到配对电子中的每一个电子，形式为 $e{\bf A}^{\rm em}$，而非共同以 $2e{\bf A}^{\rm em}$ 的形式耦合。为满足上述发现，我们认为超流产生的起源是内部带有 $\pi$ 磁通的狄拉克弦的出现。若将 Rashba 自旋轨道相互作用加入 BCS 模型，由于其稳定了电子的自旋扭转巡游运动，该狄拉克弦便会出现。$\pi$ 磁通狄拉克弦在无外磁场情况下产生回旋运动，并产生拓扑保护的环流。这也可归因于 Berry 联络 ${\bf A}^{\rm fic}=-{ \hbar \over {2e}} \nabla \chi$、${\bf \varphi}^{\rm fic}={ \hbar \over {2e}} \partial_t \chi$ 的 $U(1)$ 瞬子的出现，其中 $\chi$ 是周期为 $2\pi$ 的角变量。金兹堡-朗道理论的宏观波函数相位或 Bogoliubov-de Gennes 方程的配对势相位被认定为 $\chi$。若将其视为唯象参数，则金兹堡-朗道理论或 Bogoliubov-de Gennes 方程可不加修正地使用。然而，这一新起源要求 Rashba 相互作用以促成超导的发生。这或可解释诸如钠之类的理想金属不显示超导性的事实，因为此类材料中电场屏蔽效率高，抑制了内电场，使其过弱而无法发生超导。