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Eschrig - Theory Of Superconductivity, A Primer

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The lines (of kness ) indeed form nearly individually (Fig. 24). Sin e B 2

= B 12 2

= ln ; the

latti e onstanthia

at B

2

 

is

 

 

 

 

r

 

 

s

 

 

 

 

 

 

 

 

s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

a2

= a1

ln

 

4

 

=

4

& :

 

 

 

 

 

(89)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 2 =

 

 

p

 

 

 

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

The ores of the ux lines (of thi kn ss ) tou h ea h other while the eld is already quite homoge-

neous (Fig. 25). Sin e j

 

j 1 in the

ore, the Ginsburg-Landau equations apply, and j

j may rise

ontinuously from zero:

 

the phase transition

at B 2

 

is se ond order.

 

 

B

 

solution

 

B

j j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a &

 

 

 

 

B

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a2j&j

 

of (4.3)

FIG. 24: Mixed1phase for B

ext

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

FIG. 25: Mixed phase for B

ext

B

.

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

F r long ylindri rod the stray eld reated by super urrents outside of the rod may be negle ted,

and one

y express the eld inside the rod as

 

 

 

 

 

M

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B = B

ext

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

by magnetization density M: The hange in Free Energy at xed T and V by tuning up the external

magneti

eld is

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dF = MdB

ext

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fn Fs =

Z

B 2

 

 

 

 

 

 

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0M

 

 

 

0 B

dBextM = B

B 2

Bext

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B 1

 

 

 

 

 

 

 

 

2 0

 

 

 

 

 

 

 

 

00000001111111 00000001111111

 

 

 

 

 

 

 

 

 

00000001111111

 

00000001111111

 

 

 

 

 

 

 

 

 

00000001111111

 

 

 

 

 

 

 

jump or

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

00000001111111

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

00000001111111

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

000000011111110011

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0011

 

 

 

 

 

 

 

in nite slope

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

01

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figure 26: Magnetization urve of a type II super ondu tor.

is only a theoreti al

The d erently dashed areas in Fig. 26 are equal. For type II super ondu tors, B

quantity.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

31

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

EFFECTS

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

mi rosJOSEPHSONopi des ripti.owever, qualitativ ly ey are the sam(the at all temperatures T < T , hen e

The quantita iv

 

n of Josep

son

 

 

 

at T T

 

 

usual ase in appli ations) needs a

 

 

Considertreatmenvery thin weak linkwithinbet eene woe tshalfs

ofLandausuper ondu tor (Fig. 27).

 

 

 

qualitatively they may be treated

 

 

 

 

 

 

th

 

Ginsburg-

 

 

 

 

 

 

theory.

 

 

 

 

 

 

 

 

S1

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x1

 

 

 

 

d

x

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

= 1

 

 

 

1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

+ x

 

 

 

(x2)

2 = j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

=

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

FIG. 27: A weak link between

 

w

halfs of a super

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

du tor.

 

link is small, and may be

 

 

 

ally small

x = 0: Hen e,therman superodynamiurren

 

through the w

 

 

The order p

has its

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

value

 

n

 

 

 

sides x < x ; x > x ; but is expo-

neno

dered onstan

in both bulks of

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

. In the w

 

lineak, not only j j is small, also its

 

 

Without the righrameterhalf, the boundary ondition (58) would hold at x :

1

2

 

 

phase may hange rapidly (e.g. from super= ondu tor=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

+ bothyeakvery small perturbation).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

1

 

2ie

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x +

Ax

 

 

 

 

 

= 0:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

~

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

In the presen e of the right half, this ondition must be modi ed to slightly depending on the value

2

:

 

 

 

 

 

 

 

x +

2ie

 

 

 

 

 

 

 

=

2;

 

 

 

 

 

(90)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

~ Ax

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1B. D. Josephson, Phys. Lett. 1, 251 (1962)

.

 

 

 

 

 

32

 

 

 

x1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

jei1 2

 

is

small

 

umber depending on

 

 

 

 

 

properties of

 

 

 

 

eak link. Time

version

 

 

that (90) remains valid for

 

 

!

 

 

; A ! A;

henthe

must be real as long as the phase of

wheremandsdo not depend on A. For the moment thew hoose a gauge in whi h A

x

= 0: Thein, the supersymmetryurren

density at x1

is

 

 

js;x(x1)

 

ie~

"

 

 

 

 

 

 

 

x1

 

 

1

 

 

 

 

#

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

 

1 x

 

1

i x

 

x1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

2

 

 

 

 

 

1

 

 

2

 

 

 

2

 

 

=

 

=

jm sin 2 1

:

 

 

(91)

 

 

 

 

 

 

jm

 

 

( 2

1)

ei( 1

2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

We generalize the argument of the sine fun tion by a general gauge transformation (22):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2e

 

 

 

 

 

 

 

A

 

= 0 ! A

 

=

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A

!

 

A +

~ ;

 

 

 

 

x

x

 

 

2

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

tr

 

2e

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

2e Z

dxAx;

 

 

 

1 !

=

2

 

 

 

1

 

 

~

 

:

1

 

 

 

= 2 1

+

 

~

1

 

 

(92)3

 

 

 

 

 

2e

 

2

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt

 

~

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tential

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

by a voltmeter.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Re all that is the ele tro

 

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Now, the general Josephsonhemiquational

 

readsmeasured

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j

 

 

 

= j

 

 

 

sin :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(94)

6.1

The d. .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

quantum

interferen e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

and a ordi

g to (93)Josephsonoten

di eren e

 

 

 

 

is zero

 

 

that ase.

 

 

 

 

 

 

 

A ording

(94), a d. . su er urrene eof anyt,

value between j

 

and j

m

may ow through the jun tion,

Now, on ider a jun ion in the y z-plane with a magneti eld applied in z-dire tion. There are

super urrentos s reeningthehe eldtialway from the bulks of the super ondu ting halfs.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

y

1

 

B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

S1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(y)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figure 28: A Josephson

jun tion in an external magneti eld B.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

33

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Let us onsider (y); and let (0) = 0

 

at the edge

 

 

 

= 0: We have

+ Z

1 dyAy:

 

 

 

 

Byd = Z

1234

ds A = Z

 

2 dxAx

+ Z

3 dyAy

+ Z

4 dxAx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

In the jun tion we hoose the gauge A

x

= By; A

y

= 0: Then, the y-integrals vanish, and from (92),

(0) = 2

1

= 0

 

 

 

 

(y) =

 

 

 

 

 

2

Z

3

dxBy = 0

+

2 Bd

y:

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

0

+

 

0

 

4

 

 

 

0

 

 

 

 

 

The d. . Josephson urrent density through the

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

os illates with y a ording to

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Bd

 

 

!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j

(y) = j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sinjun tion+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= j

 

 

; hen e

 

= =2; and

In experiment, at B = 0 one always starts from a biased situation with j

s

m

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j (y) = jm os

2 Bd

y:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(95)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

The total urrent through the jun tion is

 

 

 

 

 

Z

b

 

dy os

20 Bd

y;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Is

= jm

0

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

where is the thi kness in z-dire tion. F =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

is the area of the jun tion. With

 

 

 

 

 

Z

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i b

1

 

 

sin( b)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dy os( y) = <

 

b

dyei y = <

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

0

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

urrent at a given eld B is

 

 

 

 

we nd that, depending on the phase

; the

 

 

j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0)j

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(96)

 

 

 

 

 

 

 

Is;max

 

= Fjmaximal

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H

An ven simpler situati

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin(2Bbd=0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ds A =

 

 

 

 

 

if one splits the jun tion into a double jun tion: Now,

 

is the magneti ux through the ut-out, and

I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

=

 

2

 

 

ds A = 2

 

 

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

appears,

 

 

 

 

 

 

 

 

0 b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s

S2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figure 29: A simple SQUID geometry.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

34

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Hen e, the

 

 

"

d. . Josephson urrent is

 

 

jm

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a +

2 #

:

 

 

 

2 =

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Is;max = F jmaximalsin a + sin

 

0

 

 

F

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

max

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Is;m x

 

 

 

 

:

 

(97)

 

Figure 30: Phase relations in Eq.(97).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 2F j os

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

This is the

 

to

experimentally oun

ux

6.2

The a. . Josephson e e t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a w thbasisdevi e alled

super ondu ting

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

quantum interferometer (SQUID).

= (2e=~)V t:

We return to (93) and (94), and apply a voltage 2

1

= V to the jun tion, that is,

An a. . Josephson urrent

 

 

 

j

(t) = j

m

sin !

J

t;

 

 

 

!

J

= 2eV=~

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(98)

resul s,

a onstant v

 

 

s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f 10 V a frequen y !J =2 = 4.8 GHz

 

 

 

is applied. For a v

 

 

 

 

 

is obtained: the a. . Josephson

e t is in the

mi row

 

vltageregion.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

If onealthoughverlays a radio frequoltagen y voltage over the onstant voltage,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(99)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

2

 

= V + V

r

os(! t);

t:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

one obtains a frequen y modulation of the a. . Josephson

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j

s

 

 

 

 

 

sin

 

!

J

t +

2eVr

 

sin(! t)

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

~!r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

!

urren

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2eV

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

jm

 

X

 

 

Jjnj

 

 

 

 

 

sin(!J + n!r)t:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(100)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 1

 

 

~!rr

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Jj j

is the Bessel fun tion of integer

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

to a ount that

 

non-zero voltage a ross the jun tion

 

interpret the

 

 

 

ts one m

 

 

 

 

take

 

auses also a

 

experimennormal urrenustI

 

=

V=R; where R is

 

 

 

 

 

of the jun tion for normal

ele trons.

 

 

 

 

 

 

 

index

 

 

 

 

 

 

 

 

 

in of the radio frequen y.

1

If the impedan e of

The experimental issue de

ends on the

 

 

 

 

 

 

 

 

 

radio sour e small ompared to that of the jun tion, wthehav

voltage-sour e situation, and

the total urrendissipativthrough the jun tion averagedouplingver radio

 

 

 

resistan e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(101)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I = I

s

+ V=R;

 

 

 

I

s

 

= j F:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1S. Shapiro, Phys. Rev. Lett. 11, 80 (1963).

 

 

 

 

 

35

 

 

 

 

 

 

 

 

frequen ies

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d. . Josephson spike, Im

 

I

~!r=2e

 

 

 

 

 

V V=R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Shapiro spikes for

 

Figure 31:

 

urrent vs. voltage in

 

!

J

+ n!

r

= 0

 

 

 

voltage-sour e situation.

 

as is usually the ase,

wtheJosephsoav a nurrent-sour e

ation, where the fed-in total urrent determines

If the impedan e of

 

r dio

 

is large omp red tothe

impedan e of the Josephson jun t on,

 

 

 

 

2e dt

 

 

situ

m

 

 

 

 

 

 

the voltage a ross the jun tion:

~

 

= R(I I ) = R(I I sin ):

 

 

 

 

(102)

I

 

 

V =

 

 

 

 

 

 

 

Shapiro steps

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Im

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V =R

 

Figure 32: Josephson urren

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

vs. voltage in the urrent-sour e situation. V

 

The a. . Josephson e e t yields a possibility of pre ise measurements of h=e.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

36

 

 

 

 

 

 

 

7 MICROSCOPIC THEORY: THE FOCK SPACE

 

;

 

d of the

The S hr•odinger w v

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

of an ( sola ed)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

is

 

 

 

 

 

 

 

 

of its po

 

 

 

 

 

 

 

 

spin variable,

 

 

: = ( ;

): Si

 

 

 

there are only

wo funindepetionden

spin states for an ele tron

| the spin

 

 

 

 

 

 

efunwithtionrespe t to any

 

 

 

 

 

 

ele trhosen axis may be ei her up (") or down (# |,

distakreteon onlyomponentwvalues, + and , hen e may be thought as onsisting

of twition,fun tions

 

 

(103)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(r;

(single)=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(r; +)

 

 

 

 

 

 

 

lo al) one-parti le operator

 

 

 

 

a spinor fun tion of r: The expe tation value of any

 

 

0

 

 

formingA( ; s; r ; s ) = Æ(r r )A(r; s; s ) isX Z

 

d

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(104)

 

 

 

 

0

 

0

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

^

 

 

 

A

0

 

=

 

 

0

 

 

 

 

 

 

(r; s)A(r; s; s

) (usuallyr; ):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

We will often use a short-hand notation x r( ; s).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

The S hr•

 

 

wavefun tion

 

s;s

 

 

: : : x

 

) of

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

:):

many-parti le quantum state must be

 

 

 

 

(x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(: : : x : : : x

 

 

 

: : :) = (fermioni: : : x

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(105)

totally antisymmetodingeri with respe t to parti le ex hange

(Pauli

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

pie e of

 

solid, N

10

23

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

k

N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

prin iple):

d

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

, this fun tion is

 

 

 

 

 

 

 

 

 

in omprehensible a

 

 

 

-fun tions.

 

 

oordinatesumerisystematial

manner

 

 

fun tionaloordinatebas s in the fun tional spa e of those horrible

 

 

by

 

 

not

 

 

ll of those 2

brough

 

 

 

 

 

 

 

 

 

independen

 

 

| with the symme ry propertpra ti (105)ally

the +- and

-v lues

an always

 

 

 

 

 

 

to an order thattotally-values pre ede

 

 

+-valu s,

 

en e winahavessible:only

F a

 

y set of N valu s, + or for ea

s ; it is

 

 

 

fun tion of 3N position

 

 

oordinates. Although

 

disti

guish 0, 1, 2, . . . , N -v

 

 

 

 

 

that

is (N + 1) ases | and

 

 

h ugh ea h of

those

(N + 1)

funhe symmetrytions

property (105)

ea h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

need on y be

givmensionfor

 

rtaionorder of the par

 

 

 

 

 

 

 

 

for all s

 

 

 

 

N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= + parti les |, it is lear that even if wspaweuld be onwithten

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= fundtionsforalues,all

 

 

 

 

 

 

 

 

need

ly be

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ertain

se tor of

 

 

 

 

 

3N-d

 

 

 

 

1023

 

 

 

 

 

 

 

 

|

again

 

 

 

 

 

 

 

 

givea

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

all posit

 

 

 

 

with 10 grid

points al

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

axis w

 

would need 10

 

 

 

grid

 

 

ts f r

a

very

r

7.1

 

 

 

 

representation of that

 

 

 

-fun tion. Nevertheless, for formal manipulatiopoins, we

 

introdui le

 

Slater determinan

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

hosen) omplete

 

 

 

 

 

 

 

 

set of one-parti le spinor

Cons der some (for the moments

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

fun tions

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l

(x);

 

 

 

 

 

 

arbitrarily

 

 

XZ

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

orthonormalll

0 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s

 

 

 

 

 

d r

l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( j

 

 

0

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

(r; s) 0 ( ; s) = Æ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

already1 2 )orbitalsN

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Æ(

i

 

 

0):

 

 

 

 

 

 

 

 

(106)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X (x) (x0) = Æ(x x0) = Æss0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T ey are ommonly all d (spinor-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

lThe quantum

 

 

umber

 

ref rs

to both the spat al and

for a plane wave), and we agree upon

 

 

 

erta

 

 

on

 

 

 

andinstanf eve

given

 

 

near order of thoseorbital-

di es.

Choose

N of those orbitals,

 

 

; ; : : : ;

 

 

 

;indexas ending order of the l

 

and form the determinant

the spin state and is usu

 

lly

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

multi-

 

 

 

 

 

(for

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(nlm ) for an atomi

 

 

 

or (k )

L = (l

 

: : : l

 

 

 

 

is a new (hyper-)multi-

 

 

 

 

 

 

 

whi h labels an orbital on guration. This determinan of

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L(x1

: : : xN ) =

 

1

 

 

det k

 

(xk)k:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(107)

a mat ix a

 

 

= (x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

) for every pointindex(: : : x ) in the

 

 

 

 

-position spa e has the proper

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N!

 

 

 

 

 

are di erent, and it would be identisymmetryall

property (105). In view of (106) it is normalized, if all l

 

 

 

1

 

 

 

N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

37

 

 

 

 

spin

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ik

 

 

li

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

zero, if at least tw

 

f the

 

 

 

ould be equal

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t with

 

 

 

 

 

 

equal raws): Two fermions annot

 

Now, given a o

 

plete set of

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(106),(determinanw mention

 

without

 

 

proof that all possible orbital

on g

 

ra sameof N orbitals(107) orbitalsform omplete set of N-fermionspew

vefunial

tions (105), that is, any

be in the

 

 

 

 

spin

 

-

 

 

 

 

 

. This is the ompared to (105) very

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ase of the Pauli pr n iple

 

h is the mmo

 

 

know

 

 

ase).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(whiavefun

tion

(105) manly be represented as

 

 

 

 

 

 

X CL L(x1

: : : xN

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(108)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H

=

(x1

 

: : : xN ) =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

with ert in oeÆ ients CL;

 

 

 

 

 

 

 

h

 

0

(r ) +

 

 

 

 

 

 

 

 

 

w

 

0

 

 

era0 ( tion'); ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(109)

 

P jCLj2

 

= 1 (` on Lguration in

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

For

 

 

y operator whi

an be expanded into its one-parti le,

 

 

 

w -parti leand so on parts as for

instan ean Hamiltonian with

 

 

 

 

L

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-dependent)

 

 

 

 

 

in

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(possibly spin

 

 

i

 

 

 

 

 

 

2

 

i=6 j

 

 

 

s s ;sjtera tions,j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

pair

 

 

 

j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

the matrix with Slater

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

X

 

^

X

 

 

 

 

 

 

 

1

X

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ts is

 

 

 

 

(l

 

 

 

jhjl

) ( 1)

 

 

 

 

 

Æ

 

 

 

 

0

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H

 

 

0

= hdeterminanjHj 0

 

 

=

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

jPji

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lPklk

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

LL

 

 

 

 

 

L

^

 

 

 

L

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Pi

 

 

(l

 

i

l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l

 

lj

 

Y

 

 

Æ

 

 

 

0

 

;

 

 

 

 

 

(110)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 X X

 

 

 

 

w l0 l0) ( 1)jPj

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P is any permutation of the subs ripts

 

i; j; k; and

jPj

is

 

 

 

ts order. The matrix elements are

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

 

 

 

 

P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j(=6 i)

 

 

 

 

 

 

k(=6 i;j)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

wherede n d as

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

X Z

 

=6 j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

0

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(l

jhjl

) =

 

 

 

 

 

 

 

d r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(r)

(r; s );

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(111)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l

 

(r; s)h

ss

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

ss0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

and l l jwjl0 l0) =

 

X

 

Z d3

 

 

 

3r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

0

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 (

 

 

; s0 ) 0 (r ;

0):

 

(112)

 

 

 

 

 

 

(r ; )

(r ; s ) w

 

 

 

 

 

(r ; r )

 

 

 

(Note our

 

 

 

 

vention

 

j

the order of indi es whi

 

 

 

may di er

from that

 

 

 

other

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

but

 

 

and

elemen . The se ond line is non-zero

 

l

 

 

ly if the

 

 

 

w

 

 

 

j

 

 

 

 

s s ;sjsj

 

 

 

di er

 

lj

most intorxtbooksw

 

 

 

 

 

i j

 

 

 

j i

 

 

s s0

;sjs0

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

j

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

lj

 

 

 

 

 

j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

j

 

 

 

 

 

j

 

 

 

j

 

 

li

 

 

 

i

.

i

 

 

 

 

 

 

to a ertain

anoni al way of w iting of formulas later

 

 

.)

 

 

The rst lin

 

 

 

 

 

 

 

he

 

 

.

f

.

of (110)leads

perm

 

 

 

 

 

 

 

P has

only

 

 

 

 

 

 

on-zero term

 

 

 

this

 

 

ase, determi

 

 

ing the

sign f

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

that matrix

the sumutationsver all permutati

ns hasationsw non-zero terms in

 

 

 

 

 

ase: if P is a perturbation with

Pk

 

=all

alled dir t intera tion

and the se ond one ex hange onin eragurationstion.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

non-zero

 

only if the tw

 

 

on gu

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L and L

0

 

di er

 

 

most

 

 

 

 

 

 

one orb tal,

 

 

nd

 

 

he sum

ver

 

for

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ing ontribution is (1=2)[(

P

 

 

 

Pj

 

 

 

 

 

 

j

i

 

 

 

 

 

 

Pj

P

 

 

 

 

 

orbitals,j

 

 

 

k =6 i; j, then the onerrespo

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

jwjl0 l0) ((l

 

 

 

l

 

 

 

jwj

0 0) ( 1)jPj.

For L = L

 

and P = identity (a

 

 

 

sometimes

 

also in

 

 

he

 

general

 

 

ase)

the

rst matrix element is

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

7.2

 

The Fo k spa e

 

 

 

 

 

en

 

 

 

 

 

 

 

 

of quantum me hani s by wav

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

with the

 

 

 

 

k

Up to here we onsid red repr

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

partiingle

number N of the system

xed. If

thistationsumber

 

is

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

large,

 

efunnnottions

 

xed at

of any s le.

(In

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

des ription any partimale ros opibe allyreated or

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ed, possibly together

de ite value in

 

 

 

 

 

 

 

 

. Zero mass bosons as

 

 

 

.g. photons

 

 

 

 

y be emitted or absorbed in sys

temsof

with its

 

 

 

tipartiexperl ,lativistimen a uum region just by apply ng

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.)

 

 

Fromannihilamere te hni al

 

 

ensemble with varying

parti le

 

 

umber, than with

 

the

anoni al oneulate. H n e

there

 

 

are many good

view,

quantum statisti s

of

 

denti al parti les is mu

 

simpler

to form

 

 

 

 

 

 

 

with

 

 

 

 

 

 

grand anopoini al

reasons to onsider quantum dynami s with hanges in partienergyle umber.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

38

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

In order to do so, w

start with buil

ing the Hilbert

 

 

 

 

 

 

f quantum

 

 

 

 

of this wider

 

 

ntro

 

 

 

symmetry with onsideredspe t to par i le ex hange will b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y H

 

 

. In the

last

 

 

 

 

 

 

u ed

 

 

 

 

f

g in H . Instead of

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

thspamultie -

 

 

 

 

 

 

 

 

L asstatesw of N indi esframe:l w

may denotespa basise

 

state by spe ifying the o upation numbersdenoted(being either 0 or 1) subseof all orbtiontals

the Fo k

 

 

 

. The

 

 

 

 

 

 

up

o now Hilbert spa e of all N-parti le

 

 

es having the appro-

priate:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

index

 

 

 

N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L

 

 

 

N

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

spe ifying

 

 

n

i

= N:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(113)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

jn

 

 

: : :

 

 

: : : ;

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Our previous determinantal state (107) is now represented as

 

 

 

0 : : :i:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

li

 

 

ear spa e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j

L

 

= j0 : : : 01

l

0 : : : 01

l2

0 : : : 01

lN

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

by the basis v

 

 

 

 

(113), . . the st

 

es of HN are either linear ombinations

Tw

 

 

 

states (113) not oin iding

in

all

 

 

 

 

 

 

 

 

num ers

 

 

 

are

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

. H

 

is the omple

u

 

 

ity)

 

 

 

limits of Cau

y

msequen

 

 

e oftorssu thelinear

ombinations. (AorthogonalCau y sequen e is a

 

 

fj

 

 

 

 

ig with limm;n!1h

ej

umo upation= 0.

 

 

 

The in lusion of all limits of su h

sequen es

importan

in all

 

 

 

 

 

 

 

 

of limits. This ompleteness of the spa e

 

 

 

 

 

 

N

onfused with

P j

 

 

iC

 

of states (1

3) (with the

 

 

 

 

 

of

 

 

 

 

squared absolute values of the oeÆ ients C

 

al to

 

 

to H meanspannedrealizing the topologi

 

 

 

ompleteness property of the Hilbert spa e, being extremely

the

 

 

 

L

 

 

L

 

 

ofnsiderationsbasis set f g.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ompleted by orresponding Cau h

with ompletenessabov given

 

 

 

 

 

of

 

 

rthogonality retained,

 

 

 

 

 

 

no

 

 

 

 

 

 

N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

nned by allpartistatle ve tors (113) for all N

 

 

de ned as the ompleted dire t sum of all H . It is sp

seq

The extended Hilbert spa e F (Fo k sp e) of all states w

 

 

 

the

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

notumber N not xed is

 

en es, just as the real line is obtained from the rationandl

 

line

by ompleting it with the help of

u

 

 

ber are allowed too. (For bosoni elds as e.g. laser light those quantu ombinationsu tua ions an be tiomle

Cau they

 

 

 

 

of rationalde nitionumbers.

 

 

 

 

 

 

 

N

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

are linear

 

 

 

 

 

 

 

 

with v

ying

 

 

 

 

Note

hat F now on

 

not only q antum states w

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

so thasequendoese

not havtainsde nite valu

 

in the quantum state

(o upation

umber u tuations),

 

 

 

 

also

linear

ombinations with varying N so that now quantum

 

u

 

 

 

ations of

he total par

 

important

experimentally even for ma os opi N.)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7.3

 

 

 

whi

 

 

 

 

 

 

 

 

umber representation

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r as

ho

 

 

 

 

 

provide abandonjust transiti

 

 

between basis states (113) whi h are as lose to eawith

 

W

 

TheOde nitiupationof these r

the

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

operators for

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

mustsimplesthav regardoperatorsthe an-

 

 

no

 

 

ompl tely

 

 

 

 

 

 

wful w vefun tions (105) and will ex lusively work

 

 

 

o -

tisymmetry of the quantum states

 

 

 

 

to Pauli's

ex lusion1 : : : n

 

( 1)

 

 

 

follo

;

j

 

 

from this antisymmetry.

upation

 

umber eigen

 

 

 

^ j : : : and: : :annihi= j : : :

 

 

 

 

 

 

P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

are

 

 

ates (113) and m trix elements between t

 

 

em. The

 

 

 

 

 

 

pos

ible: those whi h di er in one o upat on

 

umber only.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ation

 

 

 

 

 

 

 

prin iple

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^ j :ation: : : : :

 

= j : : : n

+ 1 : : : (1

 

 

 

 

 

fermionsP

 

 

:

 

 

 

 

 

 

 

(114)5

The u

 

 

 

 

 

 

of

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

will

 

 

 

 

 

 

 

 

lear below. By

 

 

 

 

 

 

 

 

j<iwingthe

 

 

elements with

They are de ned as

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j<i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

umbersefulnessdi erenthefrom fa0 tors1 do

 

otbeappomear: appli ation of ^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 0 gives zero,

 

 

tothat state with n

 

eeded

 

 

 

 

 

 

do p

rti ularly

not

 

reate

non-fermion

 

 

states (tha

 

 

 

 

states with o upa

 

ll

 

possible

 

 

 

 

 

signumber

 

 

 

 

 

 

 

 

= 1

 

(113), it

 

is

 

eas ly seen

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

hese operators ha all the

and appli ationo upatiof ^

to a state with

 

 

 

 

 

 

es zero as well). The ^

 

and is,^ arematrixutually

Hermitiona

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

39

j

+

 

 

 

 

 

 

 

onsiderj

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

properties,

 

 

y

 

 

 

 

 

eigenstates+ ij

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

onjugate, obey the key

relations

 

 

 

 

 

 

 

 

giv

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

and

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^ j : : :

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

: : :i = j : : :

 

 

: : :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

: : : ^ ^ j : : : n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[^ ; ^

 

 

= Æ

 

;

 

 

[^ ; ^

 

 

 

= 0 = [^

; ^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(117)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

y

 

 

 

d ned in

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

way.

Reversely

the anoni al

wi h the anti mmutator [^ ; ^

 

 

 

= ^ ^

+ ^ ^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

anti ommu atio

 

 

elatio

 

(117)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

all the

 

 

lgebrai

 

properties of the ^-op ators and moreover

lasses of

 

 

representati

ns of those algebrai relations withstandarddi erent stru ture

 

nd not unitary

 

The

 

(113) of the Fo k spa e

i

is

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

generated out of a singleare,b sis ve tor, the

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j

+

 

 

 

 

 

 

j

 

 

j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

however, vast

de ne up to unitary equiv len e the Fo k-spa e representation (114, 115). (There

 

 

equivalen furtherto

Fo k-spa e represde netation.)

 

 

 

 

 

 

 

 

ally

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

va uum basistate ji j0 : : : 0i (with N=0) by apply ng ^ -

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

rs

 

 

 

 

 

 

in any order agrethe

sign fa tors of (114, 115). Sin pr

 

du ts

systematif signset

of N ^ -operat

 

 

 

 

 

 

 

 

 

again the order

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

jn1

: : : : : :

 

 

= : : :operators:^ ^ ji

 

 

 

 

 

 

(117) in

 

 

 

 

(118)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

de ning

 

 

 

 

 

 

 

 

fa tor

in view

 

 

 

 

ent with

with ea other up to possibly

 

 

 

sig

 

, all possible

 

 

 

 

i

 

 

 

 

1

 

 

 

(118) do not

 

 

s agree

more di erent

Observbasis e ors than those

of

(107) with the ongiventionexpressionsthe order

of

the

 

 

 

upon there.

 

With the help of the

^-operators,

 

 

 

y

 

inear operator in the Fo k

 

 

 

 

 

may be

expressed. It is

Hen forth, by using (118) w

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

written

 

 

 

 

 

 

need not bo her any more about the given

 

 

of the orbital

 

 

linegenerateord

indi es.

 

 

atrix e ements with

 

 

Hamiltonianumber eigenstates (113) as

 

 

Hamiltonian (109))

 

the same

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H =

 

 

 

 

 

 

^ ( jhjj)^

 

+

 

 

 

 

 

 

^ ^ (ijjwjkl)^ spa^

e

 

 

 

 

 

 

 

(119)

not diÆ ult to demonstrate that the

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

X y

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

X y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e ause both span the Fo k spa e,

 

 

tal states (107) and the o up o upationumber eigenstates and

 

has wi h determinantal st

 

 

in (110). Be ause of the one-to-o

 

 

 

 

 

orresponden e between the deter-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ij

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j

 

 

 

 

2

ijkl

 

 

 

 

j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

l

 

 

prin iple

 

 

 

 

may be realized withmiltoniaboso ihanger at

 

 

 

 

a

 

 

 

ger

 

 

 

 

 

 

 

 

 

operators

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

minanof y

 

ar

H

tor

 

 

en in the S hr•

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tation

 

 

 

 

 

eviden

 

 

 

 

 

 

(119).

f the equivalen

by

 

 

 

y the

 

 

 

tes

(109)

 

 

 

 

 

 

(119) are equ valen .

The building

 

 

 

 

 

 

The S hr•odinger w giv

n tion

 

fand

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

-parti le

 

 

 

 

 

 

 

 

tum statefromust be totally symmetri

 

belinearitresp ed

y sy

 

efutrized prod

 

bosot (permanrepresens), withquanlightly more

 

volved normalizatiothen

fa tor. The orbitals

 

y

 

ow be

(omis

 

 

 

with

 

arbitrary many

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 0; 1; 2; : : : : This ase

with

 

 

t tooper

rti le

 

x

 

 

 

 

 

 

on of the

minus sign is

 

 

 

(105)). The det rminants re

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

di

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^ j : : :o :upied: : b b j : : :

 

 

: : :i = j : : : n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(123)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[b ; b

 

= Æ

;

 

 

[b ; b

 

= 0 = [b ;pbarti les:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

with the anoni al ommutation

i

relations

ijannihilatijon

 

 

 

 

 

 

 

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

: : : = j : : :

 

 

1 : : i n ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

b j : : :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

: : : = j : : :

 

 

 

+ 1 : : :i ni + 1;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

bi j : :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^ ^

 

^ ^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

The basis states of the Fo k spa e are reated out of the va uum a ording to

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

theorder.h.s. of (120, 121) not only ensures that

y

(122)

holds but also ensure the mutual Hermitian

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j

 

 

1

: : :

 

i

: : :i =

 

 

 

b

1

 

 

!

 

 

b

i

 

!

 

 

ji:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(124)

The

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

pn

 

pn

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

of these operators in the produ t does not makei

 

any di eren e.

 

The hoi e of fa ors

onjugation of bi

and b

y

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7.4 Field operators

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

eld operators

 

 

A spatial representation may be introdu ed in the Fo k spa e by

 

 

 

 

 

 

 

 

(125)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^(x) =

 

 

i

 

 

i

(x)^ai;

40^

(x) =

 

i

 

 

i de(x)^aning;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

y