超导体中超电流的理论

在超导的标准理论中，超导的起源是电子配对。由磁场诱导的电流通过对矢势的线性响应计算，超电流被认定为配对电子的无耗散流动，而单电子的流动伴随耗散。这一超电流描述存在以下严重问题：1）它与 I 型超导体中观测到的磁场中可逆超导-正常相变相矛盾；2）磁场诱导超电流的规范不变性要求整体 $U(1)$ 规范不变性破缺，或粒子数不守恒；3）对交流 Josephson 效应的解释基于不同于真实实验的边界条件。我们将表明，若把超电流归因于多体波函数的 Berry 联络所产生的集体模式，则上述问题得以解决。问题 1）通过将超电流的出现与消失归因于 Berry 联络产生的拓扑保护环流突现与突逝而解决；问题 2）通过将不守恒数指派给参与 Berry 联络产生集体模式的粒子数而解决；问题 3）通过确认 Josephson 效应中的相关相位源自 Berry 联络，并使用守恒粒子数的修正 Bogoliubov 变换而解决。