電子關聯與多體物理
強關聯系統
想想一個幾乎空蕩蕩的舞廳,和一個擠到爆滿的狂躁人潮。在空舞廳裡每個人都能自由移動,你可以把每個人都當成孤身一人來描述。在狂躁人潮裡誰動一下都免不了推人、被人推——一個人做什麼,全由四周人群的擠壓說了算。強關聯系統,就是電子的那片狂躁人潮。
說得準確些,每種材料裡的電子都在兩種相互較勁的傾向間求平衡:它們想四處遊走、把能量降下來的衝動(動能),對上彼此把對方推開的電排斥(相互作用能)。在大多數金屬裡,遊走輕鬆勝出,簡單理論就管用。而在強關聯系統裡,排斥與遊走旗鼓相當、甚至更強,於是電子的命運被緊緊鎖在一起,簡單理論便失了靈。
它之所以重要,是因為這裡正是物理最棘手、卻也最有回報的地方:莫特絕緣體、重費米子、高溫超導體以及許多磁性材料都棲身於此,它們展現出的行為,沒有任何單電子圖像能夠解釋。要誠實地補一句:「強關聯」是個程度上的判斷,而非一條分明的界線——它標記的是那些你必須正經對待相互作用、而不能把它當作小修正一筆帶過的材料。
銅氧化物超導體就是典型代表:它的銅層與氧層把電子逼得如此之近,以致排斥佔了上風,先是造出一個莫特絕緣體,而後——一經化學摻雜——就出現了常壓下已知溫度最高的超導。幾十年的努力,至今仍未能把它們徹底解釋清楚。
銅氧化物超導體:電子擠得極緊,排斥主導一切——這就是強關聯。
強關聯並不是說電子之間的力特別大——基本的電排斥總是同一個。它的意思是:這種材料的結構沒給電子留下輕鬆攤開、彼此迴避的餘地,於是連尋常的排斥都變得舉足輕重。
又稱
另見