电子关联与多体物理
强关联系统
想想一个几乎空荡荡的舞厅,和一个挤到爆满的狂躁人潮。在空舞厅里每个人都能自由移动,你可以把每个人都当成孤身一人来描述。在狂躁人潮里谁动一下都免不了推人、被人推——一个人做什么,全由四周人群的挤压说了算。强关联系统,就是电子的那片狂躁人潮。
说得准确些,每种材料里的电子都在两种相互较劲的倾向间求平衡:它们想四处游走、把能量降下来的冲动(动能),对上彼此把对方推开的电排斥(相互作用能)。在大多数金属里,游走轻松胜出,简单理论就管用。而在强关联系统里,排斥与游走旗鼓相当、甚至更强,于是电子的命运被紧紧锁在一起,简单理论便失了灵。
它之所以重要,是因为这里正是物理最棘手、却也最有回报的地方:莫特绝缘体、重费米子、高温超导体以及许多磁性材料都栖身于此,它们展现出的行为,没有任何单电子图像能够解释。要诚实地补一句:「强关联」是个程度上的判断,而非一条分明的界线——它标记的是那些你必须正经对待相互作用、而不能把它当作小修正一笔带过的材料。
铜氧化物超导体就是典型代表:它的铜层与氧层把电子逼得如此之近,以致排斥占了上风,先是造出一个莫特绝缘体,而后——一经化学掺杂——就出现了常压下已知温度最高的超导。几十年的努力,至今仍未能把它们彻底解释清楚。
铜氧化物超导体:电子挤得极紧,排斥主导一切——这就是强关联。
强关联并不是说电子之间的力特别大——基本的电排斥总是同一个。它的意思是:这种材料的结构没给电子留下轻松摊开、彼此回避的余地,于是连寻常的排斥都变得举足轻重。
又称
另见