超导

相干长度

/ koh-HEER-uns length /

想象合唱队里必须步调一致的舞者。这条队伍调整节奏有一个天然的跨度——你没法让相隔一根头发丝的两位舞者动得截然不同,但一端的变化也不会瞬间传到另一端。超导态也有一个类似的内在跨度,在这个跨度之内它无法变化得太剧烈。

相干长度,就是超导态的强弱——粗略地说,就是库珀对的密度——能够明显变化的最短距离。它大致就是单个库珀对的尺寸:你若想在某一点把超导压制下去,它的恢复也快不过这个距离所允许的速度。换个说法,一对中的两个电子在大约这个跨度上保持相干,而这个跨度可以从铜氧化物里的几个原子间距,到简单金属里的数百纳米不等。

它之所以重要,是因为相干长度与磁场渗入的深度相比较,决定了一种材料是第一类还是第二类,也决定了涡旋能挤得多密。一个常见的混淆,是把库珀对想象成一个紧凑的小哑铃;在经典超导体里,相干长度按原子尺度看大得惊人,意味着这两个伙伴其实相距很远,而许多对彼此交叠。在相干长度很短的地方,涡旋芯很小,超导对无序也更稳健。

在铝里,相干长度超过一千纳米,所以单个库珀对铺展在成千上万个原子之上;而在铜氧化物超导体里,它可能仅有一两纳米,相比之下对几乎是紧凑的。

相干长度差异巨大——从铝里的一微米以上,到铜氧化物里约一纳米。

超导体其实有两个特征长度:相干长度,以及穿透深度(磁场伸入表面的距离)。这两者之比,就是决定第一类还是第二类行为的那个唯一数字。

又称
Pippard coherence length相干长度