Eschrig - Theory Of Superconductivity, A Primer
.pdfwhere the a^ mean either ferm oni operators ^ |
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^ |
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||||||||||||||||||||||||||||||
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or bosoni operators b . The eld operators |
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(x) and |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
^y |
(x) obey the anoni al (anti-) ommutation relations |
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i |
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i |
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y |
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0 |
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0 |
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0 |
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y 0 |
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|||||
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^ |
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^ |
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y |
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^ |
(x ) |
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= Æ(x x ); |
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[ |
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= 0 = [ |
^ |
(x); |
^ |
(x ) |
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: |
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(126) |
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[ (x); |
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(x); (x ) |
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||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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X |
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|||||||||
They provide a spatial parti le density |
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(r; s) |
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(r; s) |
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(127) |
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n^(operator) = |
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y |
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|||||||||||||||||
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^ |
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having the properties |
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X X |
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y s |
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^ |
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Z |
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3 |
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X |
y |
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(128) |
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) |
|
= |
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(r; s); |
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d |
r ^(r) = |
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hn( |
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ij |
|
s |
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i |
( ; s)ha^i a^ji j |
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a^i a^i: |
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||||||||||||||||||||||||||||||||
These relations are |
readily |
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d |
|
from |
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those of the reation |
and |
annihilation |
|
operators, and by |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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In terms of eld |
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obtaihe |
Hamiltonian |
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(119) reads |
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i |
. |
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|||||||||||||||||||||||||||
taking into a ount the omple |
ness and |
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y 06) of the orbitals |
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(r ; s ): (129) |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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H |
= |
+ |
|
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d |
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r d |
|
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r |
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rorthonormalit; s ) ; s |
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w |
|
0 |
|
0 (r ; r ) |
|
(r ; s ) |
|||||||||||||||||||||||||||
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ss0 |
|
operators,d |
; s hss0 (r |
|
|
( |
; s |
(109)+ |
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X Z |
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3 |
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y |
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^ |
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^ |
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0 |
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It is obtained by ombining |
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(119) with (125) and (111, 112). |
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1 |
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X |
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Z |
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3 |
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|
3 |
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y |
|
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y |
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^ |
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0 |
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^ |
|
0 |
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|||||
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2 s1s0 |
s2s0 |
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2 |
^ |
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1 1 |
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|
^ |
2 |
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s1s1;s2s2 |
|
1 2 |
2 |
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2 |
|
1 |
1 |
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|||||||||||||||||||
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1 |
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2 |
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41
8 MICROSCOPIC THEORY: THE BCS MODEL |
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The gr at adv tage of the |
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of |
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and |
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eld op rators |
in the fa t that we |
|
||||||||||||||||||||||||
an use |
|
|
to |
|
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|
. W |
quantum stat |
inannihilationphysially omprehensible w y |
|
ithout expli ly |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
k |
|
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|
|
themwav |
|
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|
ev |
an think of modi ed operators |
whi h w know little |
|
|
than |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
theirwingalebrai p operti s. |
Thusepoi |
is that the |
upation |
umber formal sm applies for ev ry orbital |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
set (106). |
transition from one set of operat |
rs |
|
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|
anoni al (anti-) ommutation rmorelations to |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
another suThesetefunismanipulatelltiond anon alreationtr |
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obeyingquantum theory. |
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8.1 |
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The normal |
Fermi liquidansformationas |
- |
parti- |
le |
gas |
|
spe trum |
h behav |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
A |
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|
ondu ting Fermi liquid |
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|
fermioni |
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|||||||||||||||||||||||||||||||
very |
|
|
u |
inlik-sp |
e |
though this |
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|
isquasinot sential |
here). Non-intera ting fermions |
would |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
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|
gas of independent parti les with en rg es |
|
(forextheitationsakof simpli itywhi assume |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
havnormalground state with all orbit hasl with < o upied |
and all |
|
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|
with > empty; es |
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||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
isotropithe hemi |
al po |
ntial. |
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or removing |
fermion with = new |
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|
states with N 1 |
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||||||||||||||||||||||||||||||||||
fermions |
are obtain |
d. |
By addingas fermiumptionwith > an ex ited state is obtained w th |
ex itation |
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|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
and thean removex ited it without hanging theexharaitationter of the state any more |
(Figs. 33 and 34). |
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energy . By removing |
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k |
reatingorbitalsholegroundthe original ground |
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|
fermion with < | that is, |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
state | |
|
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|
state is |
|
obtained |
with |
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energy j j: rst lift the fermion to the level |
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quasi-ele tron |
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k |
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j k j |
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0 |
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k |
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|||||||||||||||||
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k |
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F |
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||
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quasi-hole |
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k |
F |
|
|
k |
|||||||
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|||||||||||
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FIG. |
34: |
Ex itation spe trum of a Fermi gas. |
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|||||||
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|
FIG. 33: Creation of an ex ited ele tron and of a hole, resp. |
|
same |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
The ground |
tate j0 |
of |
|
|
nor |
|
|
metal has mu |
|
|
|
|
|
|
bov . These are |
|
s with |
|
||||||||||||||||||||||||||||||
> and holes with < may be |
|
|
|
with |
|
|
|
|
|
|
|
|
ene gies |
s |
|
t |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
gi |
al |
|
|
|
|
|
|
|
up the metal together with the atomi nu lei. |
|
|
they ar |
|
|
ons or |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
missing ele trons surr |
nded |
|
|
y polarization loudsexof itationher elepropertiet ons and ondu tionin whi |
|
|
|
all |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
gro |
|
nd state j0i |
(although absorbedquite ela |
orate |
theory |
exists |
for them whiRatherwu lei |
|
here).nearlyW just |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
assume that they makingy be represented by |
|
|
|
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|
operators |
|
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|
likignorethose in the gas: |
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|||||||||||||||||||||||||||||||||||
the Coulomb inter ti |
is |
|
|
|
|
> |
. Wex iteddo not p e isely kno |
|
these ex itations |
|
doelew troknow the |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
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|
|
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: |
|
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fermioni^ j0 = |
|
0; ^ |
|
^y withj0 =propertiesj0 ; |
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(130)1 |
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|||||||||||||||||||
|
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|
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k |
< |
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y |
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42 |
|
|
y |
|
k |
|
|
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||||
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k |
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|
|
k |
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|
k is the |
|
|
|
veve tor and the sp |
|
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|
s ate of the quasi- |
|
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|
. |
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||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Sin e |
all |
in |
|
x |
|
|
|
|
presen |
|
in the |
|
|
ground statepartij0 |
le |
already absorbed in the quasi- |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
energies |
|
|
, o |
|
ly |
|
|
|
d ondu |
ion ele trons or holes exert a remainder intera tion. Hen e, wpartimayle |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
write down an e e tiv |
|
Hamiltonian |
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^ |
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w |
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^ 0 |
0 ^ |
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+ |
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||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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k |
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Htera= tions^ ( |
|
)^ |
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k> ; ; q |
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k |
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^ |
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^ |
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||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
^ |
^ |
^ |
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, and together with ^ |
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^ |
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j0 |
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= j0 one nds the above result. Likewise |
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k k |
k |
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||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
y |
y |
k |
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k1 |
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y |
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1 |
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k1 |
1 k |
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k1 |
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^ |
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Hen e, the single-partik1 1lekex1 1 itationk1 1 |
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spe trum of our e e tive Hamiltonian above the state j0i is just |
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yk1 |
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^ |
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1 |
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1 |
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k1 |
1 |
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1 1 |
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1 1 |
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k1 |
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||||||||||||||||||||
is obtained. Here, ^ |
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= 0, so that one term has |
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be removed from the sum of (133). |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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k |
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= j |
k |
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j; |
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(137) |
|||||||||||
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of j0 |
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migh |
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be. |
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and the ex it d states are jk i of (135, 136), |
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T say |
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truth, this |
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is only approximately right. There |
|
re n |
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fermioni |
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op r |
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tors for wh h |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
the relations (130, 131) ho |
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true |
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y for thewhatevue ground |
state |
j0tion. T |
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fore, the |
|
rst |
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(133) |
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thelast |
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lations (135, |
136) |
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re also not rigorous. The quasi- |
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have |
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nite lifetime |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
whi h may be |
expr ssed by ompl |
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|
energies k. However, for j kj partihelesapproximation relationis quit |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Coandsidernormal,w a state orrelatedwith w |
ex ited |
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good in |
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weakly |
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meta tls. |
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(138) |
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jk |
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To be spe i we |
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two |
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y |
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y |
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with h les or with an ele tron and a hole |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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1 |
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1 |
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2 |
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2 |
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1 |
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j0i w |
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(139) |
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+ |
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) + |
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|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
are ompletely analogous. The appli ation of the e e tivasesHamiltonian yields |
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|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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y |
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y |
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y |
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y |
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X y |
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y |
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k1k2q |
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|||||||||||||||||||||
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k2 2 |
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k1 1 k2 2 |
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q |
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k1+q 1 k2 q 2 |
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||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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The intera tion term is |
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with the rule k |
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y |
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j0 |
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= j0 . One on |
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appears from |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
k = k : The minus signobtainedthis |
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t ibu |
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|
is removed |
|
y anti ommutingtributionthe wo ^ -operators, |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
d then, by |
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q |
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with q under |
the q-sum and |
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observing |
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w |
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= |
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whi h derives |
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rom w |
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; |
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|
)repla=wing(; r ), this se ond |
ontribution |
|
ki |
|
|
equal |
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to the rst one, wh n e om tting |
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i |
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y |
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|||||||
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k ; k0 |
0 |
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= k |
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; and another on |
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|
y |
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j0 |
|
w |
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from k0 0 |
= k |
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; |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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2 |
2 |
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^ |
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+ 2 |
^ |
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k2k1q |
|
1 |
1 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
fa t |
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terms |
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k2 |
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k1 q 1 |
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||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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(1/2) in fron . (This is how ex |
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ppear aut |
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with ^-op ra ors sin e their |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
an |
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tisymm try |
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k2k1 |
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k1k2q |
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y |
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u ation rules |
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f states.) F |
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quasi-parti les |
with |
equal spin di ers from that |
|
|
ftatio quasi-parti les with opp |
site spin. The spin- |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
w |
|
omitted |
|
2 |
|
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|
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|
|
|
2 |
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|
(132) the spin d pende |
|
|
e of the intera tion matorixthelsimplimen . itIt is always |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
he |
|
|
|
|
and in |
|
|
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|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
presenti omm |
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|
quasi-parti le hange |
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|
, |
|
and |
it may matialw |
ysallybe added afterwards |
|
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|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
onfusion. |
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|
(Weremighe tiv automatiintrodu e allyshort-hand an |
|
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|
|
n k for k .) |
|
|
|
The e e tive |
intera tionwithoutofwriting |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ip |
|
s attering of quasi-parti les | anretaintera tion |
with |
|
hanging |
1 |
|
and |
2 |
into |
0 |
|
and 0 |
| may |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
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2 |
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often be negle ted. Then, the q-sum of (139) need not be ompleted by additional spin sums. |
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8.2 |
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The Cooper problem |
1 |
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state of the e e tive Hamiltonian, |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
From (139) an be seen that the state (138) is not any more an eige |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
in |
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pproa h. subseSin etionw expe t |
wo |
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|
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used again w k0 |
q;k0+q;q |
= wk0 |
+q; k0 |
q; q and then repla ed the sum over |
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q by a sumterm,v |
q. |
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|
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k |
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should havalsode |
|
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|
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f our problem we expe t the solution to be an |
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parity (odd angular |
|
momeneigenstate,um) is |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
a ity a k |
|
= ak |
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(even angular |
|
|
|
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|
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|
tum) is only possible, if Æ 0 |
= 0, that is |
|
for |
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singlet 0 |
|
= . |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
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(143) |
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. |
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k44lm |
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ename k0 |
! k, k0 |
q ! k0 |
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0 |
;k k |
0 |
determines the |
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s attering amplitude from states k; k into states k |
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Inserting the left relation into the right one yields |
1 |
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: N(0)j |
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in the weak a |
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l |
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|
only onsider the weak oupling limit |
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|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
d strong oupling limits. In this hapter |
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|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
E |
j is exponentially s |
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ll. |
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lm |
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pair has a non-zero total momentum |
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q. |
The whole ana ysis may be repeated for the ase |
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||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
that a e the denominator of (146) is to be repla ed with E |
lm |
(q) |
k+q=2 |
|
|
k+q=2 |
wherewhereno |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
jk q=2j mus |
be larger than k |
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. For small q; t |
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|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
F |
is ondition redu es the density of stat s in e t in |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
an Ini |
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is the Fermi velo ity. |
||||||||||||
rval of thi kness j = kjq=2 = vF q=2 at the lowhere-integration limit; vF |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
The result is |
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(q) E |
lm |
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q=2: |
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(150) |
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In the weak oupling limit, E |
lm |
(q) |
n only be negative for expon ntially small q. |
|
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|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
We performed the analysis with a pair of parti les. It an likewise be done with a pair of holes |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
with an analogous result. |
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8.3 |
|
1 |
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BCS |
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|
|
|
|
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poin |
|
|
|
out that the ele tron-phonon intera tion is apable of providing an |
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Fr•ohl |
|
was the rst |
|
|
|
|
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|
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e e t vTheattra ti |
|
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be w |
|
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|
|
ele trons in the energy r |
|
|
ge |
f phonon energies. |
e tiv for |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
From Cooper's analysis it follows that, if there is a weak |
a tra tion, |
|
it a |
|
|
only be |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
pa rs with zero total mom |
|
|
tum, that is, betw |
|
|
|
k and k. With the assumption that th |
attra tion |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
is |
|
the |
|
= 0 spin Hamiltoniansingleen onduhannel,tionthis ledBardeen, Cooper and S hrie er |
2 |
|
to the |
simple model |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Hamiltonian |
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# |
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k |
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k |
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kk |
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k0 |
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k0 |
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k# k" |
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v |
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|
. Sin e |
|
|
d nsity of |
||||||||||||
Here, g > 0 is the BCS oupl ng onstant, and V |
is the norm |
|
|
|
he |
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
plane-w v |
|
states |
|
|
|
k-sp |
|
e |
|
is V=(2 |
3: |
|
Pk |
|
= V=(2 )3 |
R d3k |
|
|
|
atrixolumeelmen |
|
of an n-parti le |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
intera tion |
|
|
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|
in an |
|
|
|
-fold k-sum) must |
|
|
|
proportionalizationV ( 1) |
|
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|
|
order ththethe Hamil- |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
is |
|
(appearingV ). The modeled attra tivbeintera tion is assumed in |
|
|
in energy |
|
nge of width |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2! around |
|
|
|
|
hemi al pot |
|
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|
tial (Fermi level in |
|
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|
ase T = |
|
0), where ! |
is |
|
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phonon |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
en rgy for whi |
|
the Deby |
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energy of the |
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an be taken. |
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||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
The s extensivate j0 of (130, 131) annot |
ny more bethe grou |
|
|
|
tate of this H miltoni n sin e Cooper's |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
toniorem |
ells us that this state is unsta |
|
|
|
again t spontaneous |
|
|
|
|
|
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|
|
|
|
of boundharap irsteristiwith the gain |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
of their binding energy. The problem to solvlatti e |
|
w |
w to nd the g ound |
state |
and the q |
asi-parti le |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
pe |
rum of |
|
|
|
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BCS-Hamilto |
|
ian. This |
|
|
|
|
|
|
ans |
|
|
|
s lved by Ba |
deen, |
Cooper and S hrie er, |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
shor |
ly |
thereafter |
|
and |
|
independently |
bley |
|
|
|
|
|
ofas |
anoni altransformation, |
b |
|
|
Bogoliubov and, |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Valatin. Bardeen, |
|
|
|
|
|
|
|
|
and S hrie er |
|
|
|
us provided the rst mi ros opi |
theory |
|
of super ondu - |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
tivity, 46 years after the dis overy of |
theproblemthenomenon. |
|
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|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
1H. Fr•ohli h, Phys. Rev. 79, 845 (1950). |
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|||||||||||||||||||||||||||||||
|
2J. Bardeen, L. N. Cooper,and J. R. S hrie er, Phys. Rev. 108, 1175 (1957). |
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46 |
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8.4 |
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The Bogoliubov-V |
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the ground state ontaalatinns bound pair. Ex iting one parti le of that pair leav |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
imultaneously its partner. Led by this transformationthe quasi- |
|
|
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|
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|
|
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operators in the ground |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
behind, and hen e also in an ex ited state. If one w |
|
|
|
ts to ex ite only one parti l , one muest annihilate |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Supposetate of (151) an ansatz |
|
|
|
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|
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b |
|
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= u ^ |
|
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+ v parti^ le |
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theirlea in |
|
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minute. Sin e |
|
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b |
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|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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orbital annihilated by ^ |
|
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parameters. Again w |
|
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the isotr pi p oblem and |
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||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
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|
dependen e |
|
on k =ariationaljkj ly. |
|
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The reason of |
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di eren |
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signs in |
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he tw |
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relations be omes |
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fa t r |
may |
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k |
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hosen, |
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u |
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may |
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real |
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without |
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loss |
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generality. Thensee |
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may be summarized as |
|||||||||||||||||||
Bogoliubov-Valatin transformations together with their Hermitian |
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^ |
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^ |
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(152) |
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onjugatev ^ : |
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||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
We want these transformations to be |
|
anoni al, that is,assumedw want the new operators b ; b again to |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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be fermioni operators. One easily |
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ely.onsideredAnal |
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n operators ^ |
|
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In the rst equality it was already |
|
|
|
|
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, |
|
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for the b- |
and |
b -operators, |
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the same w y. The sign fa tor inthemselvtra |
|
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|
sf |
|
|
rmation ensures that the anti ommutation is retained |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
respe tively, anti ommute among |
|
|
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es. The analogous result for the b |
|
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k |
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k |
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(153) |
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hen e the ondition |
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||||||||||||||||||||||||||||||||||
ensures that the |
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k |
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|
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||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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is anoni al and the new |
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|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Multiplying |
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rst relation |
|
(152) by u |
k |
|
, |
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|
with k , multiplying |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
it with vk |
, andthehen adding |
|
|
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results |
|
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with (153)operatth inverse transformation |
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(154) |
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k |
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Observe the reversed sign |
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The next step is to transform the Hamiltonian (151). With |
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ti ommutation rules it is easily seen that the single-parti le part of the BCS-Hamiltonian |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
transforms into |
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bk"b k# + b k#bk" |
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It has also been used that under the k- |
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k may be repla ed by : Further, with |
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k k" |
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N. N. Bogoliubov, Nuovo Cimento 7, 794 (1958); J. G. Valatin, Nuovo Cimento 7, 843 (1958). |
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the full transformed BCS-Hamiltonian reads |
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X |
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normal state |
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jdispdepdispers |
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the righogether. It |
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at the physi al mearelationing of is the gapand |
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relation |
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b-quasipar i le ex itation |
spe trum |
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f the |
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super on |
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The name bdispersiongol |
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The fa t thatthese Bogoliubov-Valatin trans- |
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^ |
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diagonalizes the BCS- |
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|
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|
partially |
|
f a normal-state |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
F m (152) one ould arrivogetherHamiltoniann lusion that |
|
|
|
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|
|
|
used for |
|
quasi-parti les. |
the |
|
litthe |
|
- |
|
|
|
|
37: Quasi-parti le dispersion relation in the |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
o upati |
|
|
umber |
operators. In |
|
|
|
Figu e |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
statosteriorimay be foundassumptionan eigensximationof |
|
|
b |
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super ondu ting state. |
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minimizing |
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|
|
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|
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|
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|
|
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|
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reation operators are |
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nnihilating an el tron pair and |
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repla ing |
it withpartiallynormal-state ele tron. The se ond part of the |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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reating a no mal-stateNohle and partially |
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|
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) arries |
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wherein th |
P anni ilates and P |
|
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|
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bound pair wi h zero mom ntum and z |
|
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|
|
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Cooper problem. Its w vefun tion will |
|
onsidered |
|
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th |
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|
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|
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|
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|
|
|
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an ele tron-bogolon (with jkj > k ) is |
|
|
|
|
|
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ensures |
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|
b-bogolon be surrounded byarriesuper ondu tin |
|
ba k ow of |
|
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that an integerreatesharge quantum travels with the bogolon. It is |
|
|
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|
|
and |
|
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||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
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|
|
|
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and partially by reating |
an |
ele tron pair and simultan ously |
tum. |
|
|
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nronormaless-stahargel le tron. |
Agaiewise,the |
|
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|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
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Of ourse, it remains to show that the new ground state j |
|
positivis indeed super ondu annihilatinti egativ. |
|
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jkj > k |
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|
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|
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