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超导纳米粒子热力学性质

姚勇  
【摘要】:1937年,Frohlich讨论了纳米粒子中的量子尺寸效应(QSE)。他将宏观样品中的Sommerfeld-Bloch自由电子模型直接用于纳米粒子,再对其电子热容值进行修正。1956年,久保提出自己的理论。久保理论是针对纳米粒子费米面附近电子能级状态分布而提出来的,认为低温下单个粒子的费米面附近电子能级看成等间隔的能级。1986年Halperin对这一理论进行了较全面归纳,并用这一理论对纳米粒子的量子尺寸效应进行了深入的分析。本文采用随机矩阵理论和静态路径近似, (1) 计算了超导纳米小粒子转变温区的电子热容。 (2) 分析磁场对纳米小粒子热容的影响。得到如下结论: (1) 纳米粒子含有的电子数奇偶性不同,与大块样品有本质的区别。对小尺寸粒子,BCS热容和大块样品((?)=0)一样在转变温度处存在突变,但不同的自旋情况下,突变值的大小不一样。低温时的热容变化规律与粒子所含电子数奇偶性有关。在转变温度以后都趋于正常粒子热容值。随着粒子尺寸的减小,在相变临界区域涨落越来越重要,等能级处理结果相对偏低,能级的分离效应很显著;电子数的奇偶效应在低温乃至相变区域都是重要的。 (2) 同样,在弱磁场中,在临界区域涨落效应很明显,且随做纳米粒子尺寸减小变得很重要,并影响了电子热容的值。温度很低时电子热容随磁场增大而增大,但温度增大至一定时,电子热容随磁场增大而减小。不同自旋对热容值也存在影响,自旋越大,热容越小。在GOE和GSE两系综中,GOE总是大于GSE的;


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