Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Eschrig - Theory Of Superconductivity, A Primer

.pdf
Скачиваний:
14
Добавлен:
27.08.2013
Размер:
1.17 Mб
Скачать

where the a^ mean either ferm oni operators ^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

or bosoni operators b . The eld operators

 

(x) and

^y

(x) obey the anoni al (anti-) ommutation relations

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

(x )

 

 

= Æ(x x );

 

[

 

 

 

 

 

 

 

= 0 = [

^

(x);

^

(x )

 

 

:

 

 

 

 

(126)

 

 

 

[ (x);

 

 

 

 

 

 

(x); (x )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

They provide a spatial parti le density

 

 

 

 

 

 

 

(r; s)

 

(r; s)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(127)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n^(operator) =

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

having the properties

 

 

 

 

 

X X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y s

 

 

 

^

 

 

 

Z

 

3

 

 

 

 

X

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(128)

 

)

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(r; s);

 

 

d

r ^(r) =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

hn(

 

 

 

 

ij

 

s

 

i

( ; s)ha^i a^ji j

 

 

 

 

 

 

 

a^i a^i:

 

 

 

 

 

 

These relations are

readily

 

 

 

 

 

d

 

from

 

those of the reation

and

annihilation

 

operators, and by

 

In terms of eld

 

 

 

 

 

 

 

 

obtaihe

Hamiltonian

 

 

 

 

 

 

(119) reads

 

 

 

 

 

 

i

.

 

 

 

 

 

 

 

 

taking into a ount the omple

ness and

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y 06) of the orbitals

 

 

 

(r ; s ): (129)

 

H

=

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d

 

r d

 

 

r

 

 

 

 

rorthonormalit; s ) ; s

 

 

w

 

0

 

0 (r ; r )

 

(r ; s )

 

ss0

 

operators,d

; s hss0 (r

 

 

(

; s

(109)+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

X Z

 

 

3

 

 

 

y

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

It is obtained by ombining

 

(119) with (125) and (111, 112).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

X

 

 

Z

 

 

 

3

 

 

3

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

0

 

^

 

0

 

 

 

 

 

 

2 s1s0

s2s0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

^

 

 

1 1

 

 

^

2

 

 

 

 

 

s1s1;s2s2

 

1 2

2

 

 

2

 

1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

41

8 MICROSCOPIC THEORY: THE BCS MODEL

 

 

 

 

 

 

The gr at adv tage of the

 

 

 

 

 

of

 

 

 

 

 

and

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

eld op rators

in the fa t that we

 

an use

 

 

to

 

 

 

 

. W

quantum stat

inannihilationphysially omprehensible w y

 

ithout expli ly

 

k

 

 

 

 

themwav

 

 

 

 

 

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

 

 

 

 

 

 

anoni al (anti-) ommutation rmorelations to

 

another suThesetefunismanipulatelltiond anon alreationtr

 

 

 

obeyingquantum theory.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8.1

 

 

The normal

Fermi liquidansformationas

-

parti-

le

gas

 

spe trum

h behav

 

A

 

 

 

 

 

 

ondu ting Fermi liquid

 

 

 

 

fermioni

 

 

 

 

 

 

 

very

 

 

u

inlik-sp

e

though this

 

 

 

 

 

 

isquasinot sential

here). Non-intera ting fermions

would

 

 

 

 

 

gas of independent parti les with en rg es

 

(forextheitationsakof simpli itywhi assume

 

havnormalground state with all orbit hasl with < o upied

and all

 

 

 

with > empty; es

 

isotropithe hemi

al po

ntial.

 

 

 

 

 

 

 

 

or removing

fermion with = new

 

 

states with N 1

 

fermions

are obtain

d.

By addingas fermiumptionwith > an ex ited state is obtained w th

ex itation

 

and thean removex ited it without hanging theexharaitationter of the state any more

(Figs. 33 and 34).

 

 

 

energy . By removing

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

reatingorbitalsholegroundthe original ground

 

 

 

 

fermion with < | that is,

 

state |

 

 

 

 

state is

 

obtained

with

 

 

 

 

 

energy j j: rst lift the fermion to the level

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

quasi-ele tron

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j k j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

F

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

quasi-hole

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

F

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

FIG.

34:

Ex itation spe trum of a Fermi gas.

 

 

 

 

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

 

 

 

 

 

operators

 

 

 

 

 

 

likignorethose in the gas:

 

 

the Coulomb inter ti

is

 

 

 

 

>

. Wex iteddo not p e isely kno

 

these ex itations

 

doelew troknow the

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

:

 

 

fermioni^ j0 =

 

0; ^

 

^y withj0 =propertiesj0 ;

 

 

 

 

 

(130)1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

<

 

 

 

 

 

y

 

42

 

 

y

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k is the

 

 

 

veve tor and the sp

 

 

 

 

s ate of the quasi-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

>

^

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

w

 

 

 

 

0

 

 

 

^ 0

0 ^

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

Htera= tions^ (

 

)^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k> ; ; q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

~

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

0 0

 

 

 

 

 

 

k+q k0 q 0

 

 

 

kk q k k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k0

<

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k> ;k ; q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

^

0

 

 

 

0

 

w

 

 

 

0

 

 

 

 

 

y

 

 

^

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 0

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

q

 

 

 

 

q

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

k+q

 

k

 

 

 

 

kk

 

 

 

k0

0

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

<

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k< ;k

 

 

 

q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

^

0

 

 

 

 

0

 

w

 

 

 

 

0

 

 

 

 

y

 

 

 

y

 

:

 

 

 

 

 

 

(132)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

0 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q

 

 

 

 

 

q

 

^

 

0

^

 

 

 

 

 

 

 

in

e rst and

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k+q k

 

 

 

 

kk

 

 

 

k0

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t line and attra linestiv in the se ond

line;

 

ele trons

 

and holespredominanhavopposite harges.

The matrix elements

 

 

the three

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

are qualitatively di rent: they are

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tly repulsive

With the relations (130, 131) one nds easily

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

<

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

~

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

~

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

~

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

~

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(133)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h0jHj0i =

 

 

k

 

 

 

( k ) = E0

 

 

 

 

 

Hj0i = j0iE0:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

and have

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

We subtra t this onstant energy from the

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(134)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H H E ;

 

Hamiltonianh0j j0 = 0

 

 

 

 

Hj0i = 0:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

^

 

 

 

 

 

 

~

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

~

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

We may reate a quasi-parti le above

 

0in this ground state:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

> :

 

 

 

 

jk i = ^

 

 

 

 

 

j0 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(135)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Hjk i = jk i (

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

< :

 

 

 

 

jk i = previous^ j0 ;

 

 

 

 

Hjk i = jk

 

 

 

j

 

 

 

 

 

j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(136)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k1 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 1

 

 

 

 

 

 

1 1

 

 

 

 

k1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

y

 

=

The last relation is easily veri ed with our

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

formulas. For k =6 k , we hav

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

^

 

^

^

^

 

 

 

, and together with ^

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j0

 

 

= j0 one nds the above result. Likewise

 

k k

k

 

y

y

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k1

 

 

y

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k1

1 k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Hen e, the single-partik1 1lekex1 1 itationk1 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

spe trum of our e e tive Hamiltonian above the state j0i is just

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

yk1

 

^

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

1

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 1

 

 

 

 

 

 

1 1

 

 

 

 

k1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

is obtained. Here, ^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 0, so that one term has

 

 

 

be removed from the sum of (133).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

= j

k

 

 

j;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(137)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

er the w vefu

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

of j0

 

migh

 

 

be.

 

 

 

and the ex it d states are jk i of (135, 136),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T say

 

 

 

 

 

truth, this

 

 

 

 

is only approximately right. There

 

re n

 

 

fermioni

 

op r

 

tors for wh h

the relations (130, 131) ho

 

 

 

true

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y for thewhatevue ground

state

j0tion. T

 

 

 

 

 

fore, the

 

rst

 

 

 

(133)

 

 

thelast

 

lations (135,

136)

 

 

 

 

re also not rigorous. The quasi-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

have

 

 

nite lifetime

whi h may be

expr ssed by ompl

 

 

 

 

energies k. However, for j kj partihelesapproximation relationis quit

 

Coandsidernormal,w a state orrelatedwith w

ex ited

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

good in

 

 

 

 

 

 

 

 

weakly

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

meta tls.

kparti

les:=^

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

j0 :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(138)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

jk

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

To be spe i we

 

 

 

 

 

 

 

two

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

y

 

 

with h les or with an ele tron and a hole

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ele trons, the

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

onsider^ j0i = ex^ ited^

1

 

 

 

1

 

2

 

2

 

 

 

 

k1

1

 

k2 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H ^

 

 

 

 

 

 

 

 

j0i (

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j0i w

 

 

 

 

 

:

 

 

 

(139)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

) +

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

are ompletely analogous. The appli ation of the e e tivasesHamiltonian yields

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

y

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k1 43 k2

 

 

 

 

 

X y

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k1k2q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k1 1

 

k2 2

 

 

 

 

 

 

k1 1 k2 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q

 

 

 

k1+q 1 k2 q 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

The intera tion term is

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

with the rule k

 

 

y

 

 

 

 

 

 

j0

 

= j0 . One on

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

appears from

k = k : The minus signobtainedthis

 

 

 

 

t ibu

 

 

 

 

 

is removed

 

y anti ommutingtributionthe wo ^ -operators,

 

d then, by

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q

 

with q under

the q-sum and

 

 

observing

 

 

w

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

whi h derives

rom w

 

 

 

 

;

 

 

 

)repla=wing(; r ), this se ond

ontribution

 

ki

 

 

equal

 

to the rst one, wh n e om tting

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k ; k0

0

 

= k

 

 

 

 

 

; and another on

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j0

 

w

 

 

 

 

 

 

 

from k0 0

= k

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

+ 2

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k2k1q

 

1

1

fa t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

terms

 

 

 

 

 

 

 

 

k2

 

 

k1 q 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1/2) in fron . (This is how ex

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ppear aut

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

with ^-op ra ors sin e their

an

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tisymm try

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k2k1

q

 

 

 

 

 

k1k2q

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u ation rules

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

the

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y of

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f states.) F

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

quasi-parti les

with

equal spin di ers from that

 

 

ftatio quasi-parti les with opp

site spin. The spin-

w

 

omitted

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

(132) the spin d pende

 

 

e of the intera tion matorixthelsimplimen . itIt is always

 

he

 

 

 

 

and in

 

 

 

presenti omm

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

quasi-parti le hange

 

 

 

 

 

 

 

,

 

and

it may matialw

ysallybe added afterwards

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

onfusion.

 

 

 

(Weremighe tiv automatiintrodu e allyshort-hand an

 

 

 

 

 

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

often be negle ted. Then, the q-sum of (139) need not be ompleted by additional spin sums.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8.2

 

 

 

 

The Cooper problem

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

state of the e e tive Hamiltonian,

From (139) an be seen that the state (138) is not any more an eige

 

in

 

 

 

 

 

 

 

 

andwithinus formappro

orrelated pair

 

st

 

 

.

 

 

W

 

 

try to nd

 

 

 

is pair

 

 

 

 

 

 

 

e

of low

 

 

 

 

 

 

energy

 

 

 

 

 

wterael t trons

( > 0) within our approximate

 

 

pproa h. subseSin etionw expe t

wo

 

 

 

 

this

staeste

is

formed

 

 

 

ev

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

the

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ximations made in

 

 

he

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

. The

 

 

 

 

x ited quasi-parti les

quasi-parti le life ime b omes in nite f

 

 

 

 

 

 

j j ! revious0:) W

 

 

 

 

 

 

 

 

 

that

 

 

the

 

state

lowest in energy has

not of quasi-parti le

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

with

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 our ap

 

roximations thatnnot be riti al.

 

(The

zero total momentum,exhenitationse w

build

jenergies= Xquasijk k 0i:

 

 

 

 

 

 

with k

2

 

= k

1

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(140)

 

it out of

 

 

 

 

k

 

0

-partiexpele

airst

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

where w

 

 

 

assume a xed om

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

and the y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

wn expansion

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ts to

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

of and

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ve

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

depend on k

 

 

 

ly, be ause

thebinationsough s

 

 

 

 

te is to be expe ted to

 

 

 

 

 

 

 

 

 

de nite total spin. (Re

 

ll

that w

 

 

are on

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

an

 

 

 

 

 

 

 

 

 

metal in

 

 

 

 

 

 

hapter.)

 

Wet wha

 

t

 

that

 

 

 

 

 

 

pair stateoeÆj ienis

 

an

eigenstate

 

of H:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X y

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X y

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H j

 

 

 

i = jsideringE; H j

 

 

 

=

 

 

 

 

^

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

j0this2 a

 

 

+

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

unkno

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a :

 

 

 

 

 

 

 

 

(141)

^

 

^ 0

 

 

)^

 

 

 

 

 

 

j0i = Æ

 

 

 

 

 

0 h0j(Æisotropi^

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

0

 

 

0 )j0i h0j^

 

 

 

 

 

0 0 ^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 Æ

 

 

0

 

^

 

 

 

 

^ 0

 

)j0i =

 

Æ

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

k k 0

 

 

 

 

 

 

k k

 

 

 

 

 

 

kq

 

 

 

 

 

+q q 0

 

 

 

 

 

 

 

k kq k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

the last relation with h0j

 

 

 

0

 

0 ^ 0

 

 

 

 

and observe h j^

 

 

 

 

0

 

0

^ 0

 

 

 

 

y

 

 

y

 

 

 

 

j0i = h0j^

 

 

 

0

0 (

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

^

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Multiply y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

k

 

 

k 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

kk

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

kk

 

 

 

 

 

k

 

k

 

 

kk

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k 0 k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

kk

 

 

 

 

 

 

 

 

kk

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

kk

 

 

 

 

 

 

k

 

kk

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k +q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k q; k +q;q k q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h0j(Æ

 

 

 

 

0

Æ

 

 

 

 

0

 

 

 

 

y

 

 

^

 

 

 

0

 

0 )Æ

 

 

 

 

 

 

0 j0i = Æ

 

 

 

 

 

0

 

 

 

Æ

 

 

 

 

0

Æ

 

 

 

0

 

 

to obtain

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E

 

 

 

 

 

0 a

 

 

k

 

 

 

0

 

 

= 2

0

 

 

0

a

 

 

 

 

0

Æ

 

 

 

 

+

X

 

w

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

a

 

 

 

0

 

 

Æ

 

 

 

0

:

 

 

 

 

 

(142)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

Æ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

In the last

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

we

 

 

 

 

 

 

 

 

used again w k0

q;k0+q;q

= wk0

+q; k0

q; q and then repla ed the sum over

q by a sumterm,v

q.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

angularnonvial solution wi h ev

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ite parity. It is immediately seen that

 

 

 

 

 

 

hen e

 

 

 

k

 

should havalsode

 

 

 

 

 

 

 

F r

Due to the isotropy

 

 

f our problem we expe t the solution to be an

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

momentum

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a spin triplet 0

=

 

onlymomena no -

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

solution with odd

parity (odd angular

 

momeneigenstate,um) is

a ity a k

 

= ak

 

(even angular

 

 

 

 

 

 

 

 

tum) is only possible, if Æ 0

= 0, that is

 

for

 

 

singlet 0

 

= .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

trivial=ase

 

Y(Thek=k)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(143)

possible. To be spe i , onsider the singlet

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

triplet ase is analogous.) Assume

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1L. N. Cooper, Phys. Rev. 104, 1189 (1956)

.

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

k44lm

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

with even l: In (142),

ename k0

! k, k0

q ! k0

. The matrix

lement w

 

0

 

 

0

;k k

0

determines the

s attering amplitude from states k; k into states k

0

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

k

; k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l

; k

. we use an expansion

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

wk0

; k0

;k k0

=

X

lw

 

w

l

Ylm(k)Y

 

 

0

):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(144)

This redu es (142) to

 

l lm

 

k

k

0

lm

(k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

wkC

 

 

 

C =

 

k0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(145)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ak = Elm 2 k ;

 

wk0 ak0 :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Inserting the left relation into the right one yields

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 = l

X

 

l

2

 

 

 

 

 

 

 

 

= F (Elm):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(146)

 

 

 

 

 

 

k

 

jwkj

 

Elm 2 k

 

) = 1= .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

The sought lowest pair energy orresponds to the lowest solution of F (E

lm

 

 

 

 

 

 

 

 

F (E

 

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

The

 

 

fun tion

 

lm

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

has poles

 

 

for E

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

F

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

where it

 

 

jumps

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

that

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

to

 

+1.

 

 

 

 

R all

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-values

 

 

are

all

positivthe

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

start

 

 

from zfrom.

 

For

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

and

 

 

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E

lm

! 1, F (E

lm

 

ap

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

proa hes

 

zero from nega

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ues.

Hen ,

 

if >

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

then

 

 

 

 

 

 

 

lowest

 

olu

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ti

on E of (146) is p si-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e

andlm the

 

 

 

ound

 

 

 

 

 

 

1

>

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,j

 

 

of

 

the

normal

 

metal

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

is

 

stable.

 

 

 

 

If

 

 

 

 

 

 

 

stateon

 

l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

is

 

 

 

 

 

 

 

 

 

<

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E

 

 

 

 

 

-

tiv

 

 

 

 

negativ

 

(at

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ral

 

 

 

 

 

ter

tion),

 

then

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

re is

 

inavoidablyleast

 

 

 

 

 

 

 

 

E

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

solution E

lm

of (146):

 

 

 

 

lm

 

 

 

 

2 k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

he ` x ited pair' has nega

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ative

 

 

 

 

 

 

 

 

and the norm

-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ble agai state

 

j0

 

is

 

 

unst

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

of pairs

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

of baluenergyd

quasi-par

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

no ma

 

 

 

 

 

 

how sm ll j j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i les,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

is (h w weak the attra

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tive intera formingti is).

 

Pairs

 

Figure 35: The fun tion F (E) from Eq. (146).

 

 

 

 

 

 

re

spontaneously

 

f rmed

 

 

 

 

 

 

grounda the ground state

 

 

 

 

 

-

If the intera tion is ut of at some energy ! ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

stru ts. This is the

onreteont

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

of Cooper's theorem.

(147)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

wk =

1

 

for 0 < k < !

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

and the density of states for

 

is nearly

 

0

 

 

elsewhere

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

onstant in this interval, N( ) = N(0); then, with negative

Elm,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

45

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

l

 

2

Elm

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z

 

!

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N(0)

 

 

"jElm

+ 2!

#

 

 

 

hen e,

 

 

 

 

k

 

 

jwkj

 

2 k

 

 

= N(0)

 

 

0

 

 

 

d

jElmj + 2

=

 

 

2

 

 

ln

 

 

 

 

 

jElmj

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

jElmj =

 

 

 

 

h

 

 

2!

 

 

 

i

 

 

 

 

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(148)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

This yields

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

 

exp

 

N(0)j

 

j

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

"

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

jElmj

 

 

2! exp

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

# l

 

for N(0)j lj

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(149)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

<

 

 

N(0)j j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

>

 

 

 

 

 

 

 

j!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

: N(0)j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

in the weak a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

only onsider the weak oupling limit

 

 

d strong oupling limits. In this hapter

 

 

 

 

 

E

j is exponentially s

 

 

ll.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lm

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

pair has a non-zero total momentum

q.

The whole ana ysis may be repeated for the ase

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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

 

 

 

. For small q; t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F

is ondition redu es the density of stat s in e t in

an Ini

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

is the Fermi velo ity.

rval of thi kness j = kjq=2 = vF q=2 at the lowhere-integration limit; vF

 

The result is

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E

lm

(q) E

lm

+ v

F

q=2:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(150)

In the weak oupling limit, E

lm

(q)

n only be negative for expon ntially small q.

 

 

 

 

 

 

 

 

We performed the analysis with a pair of parti les. It an likewise be done with a pair of holes

with an analogous result.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8.3

 

1

 

 

 

BCS

 

 

 

 

 

 

 

poin

 

 

 

out that the ele tron-phonon intera tion is apable of providing an

Fr•ohl

 

was the rst

 

 

 

 

 

 

 

e e t vTheattra ti

 

 

 

be w

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

!

< ;

 

0 < +!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

g

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

^

 

 

 

(

 

)^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

^

 

 

 

 

^

 

 

 

^

 

:

 

 

 

 

(151)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H

BCS

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

"

 

 

#

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

kk

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k0

 

k0

 

k# k"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

v

 

 

 

 

 

 

 

. Sin e

 

 

d nsity of

Here, g > 0 is the BCS oupl ng onstant, and V

is the norm

 

 

 

he

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

in an

 

 

 

-fold k-sum) must

 

 

 

proportionalizationV ( 1)

 

 

 

 

 

order ththethe Hamil-

 

 

 

is

 

(appearingV ). The modeled attra tivbeintera tion is assumed in

 

 

in energy

 

nge of width

2! around

 

 

 

 

hemi al pot

 

 

 

tial (Fermi level in

 

 

 

 

 

ase T =

 

0), where !

is

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

phonon

en rgy for whi

 

the Deby

 

 

energy of the

 

 

 

 

 

 

 

 

an be taken.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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

 

 

 

 

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.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1H. Fr•ohli h, Phys. Rev. 79, 845 (1950).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2J. Bardeen, L. N. Cooper,and J. R. S hrie er, Phys. Rev. 108, 1175 (1957).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

46

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8.4

 

 

The Bogoliubov-V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

its partner

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

the ground state ontaalatinns bound pair. Ex iting one parti le of that pair leav

 

imultaneously its partner. Led by this transformationthe quasi-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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

 

 

 

 

 

 

b

 

 

 

 

 

= u ^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= u ^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

onsideration,v ^ ; b

 

 

 

+ v parti^ le

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

theirlea in

 

 

minute. Sin e

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

; onsider^ ; b

 

 

 

;

 

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

an r-independent p as

 

 

 

 

 

 

 

 

ea

 

 

 

orbital annihilated by ^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

is ma

 

 

. u

 

a

 

d v

 

 

 

are v

 

 

 

k"

 

 

 

 

 

 

 

 

k k"

 

 

 

 

 

 

k

 

k#

 

 

 

 

 

 

 

k#

 

 

 

 

 

 

 

k k#

 

 

 

 

k

 

 

k"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

parameters. Again w

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

the isotr pi p oblem and

 

 

 

 

 

 

dependen e

 

on k =ariationaljkj ly.

 

 

The reason of

 

 

 

 

 

 

 

 

di eren

 

signs in

 

 

he tw

 

relations be omes

fa t r

may

be

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

hosen,

 

u

 

 

 

and v

 

 

 

 

may

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

real

 

without

 

loss

of

generality. Thensee

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

may be summarized as

Bogoliubov-Valatin transformations together with their Hermitian

 

^

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

arbitrarily^

 

 

= u ^

 

 

 

v

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

be^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k# k" k#

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(152)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

^

 

 

onjugatev ^ :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

We want these transformations to be

 

anoni al, that is,assumedw want the new operators b ; b again to

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

k k

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

y

 

 

 

 

 

be fermioni operators. One easily

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

^ 0

 

 

0

 

 

=

 

 

k

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[b

 

 

 

; b

 

0

0

 

 

 

 

= alvulates0 [^

 

 

 

 

; ^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ [^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ely.onsideredAnal

 

th

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

ihilation and reati

n operators ^

 

 

 

^ ,

In the rst equality it was already

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

for the b-

and

b -operators,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k +

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k k +

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= ukvk0

0Æk k0

Æ 0

 

+ Æ kk0

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( + ) = 0:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Æ 0

 

= kvk

Æ kk0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

the same w y. The sign fa tor inthemselvtra

 

 

 

 

sf

 

 

rmation ensures that the anti ommutation is retained

respe tively, anti ommute among

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

es. The analogous result for the b

 

-

 

perators is obtai

 

 

y

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

^y

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

gously0 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

^y

 

 

 

2

 

 

Æ

 

 

0 Æ

 

0 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[b

 

 

; b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

; ^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

u

 

+ v

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= urespe[^ ;tiv^

 

 

 

 

 

 

 

+ v

 

[^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

^

 

 

0

 

 

0

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

0

 

 

0

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k +

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

kk

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(153)

hen e the ondition

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ v2

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ensures that the

 

ransform

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

rs are again fermioni operators.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

is anoni al and the new

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Multiplying

 

 

 

 

 

 

rst relation

 

(152) by u

k

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

in the s ond one

 

 

 

with k , multiplying

it with vk

, andthehen adding

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

results

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

with (153)operatth inverse transformation

 

 

 

 

 

(154)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

=bothu

 

 

 

+ v b

 

 

 

 

repla;

ing^

 

 

= u

 

 

b

y

 

+ v b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

yields

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

k

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

k k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Observe the reversed sign

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

u b

 

 

 

+ v

 

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u

 

 

b

 

 

 

 

 

 

+ v b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

fa^ tor=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

The next step is to transform the Hamiltonian (151). With

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

k

 

 

 

 

 

y

 

 

 

k k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k k

 

 

 

y

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ ukvk

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

+ v

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

and the

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= b bk

 

b k b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b b

 

 

 

 

 

 

+ b k bk

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ti ommutation rules it is easily seen that the single-parti le part of the BCS-Hamiltonian

transforms into

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

y

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

y

 

 

 

 

 

^

 

 

^

 

 

 

 

2

 

 

( k )vk

 

+

 

 

 

 

 

 

 

( k )(uk vk)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( k )ukvk

 

 

^

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

:

 

 

 

k

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

bk bk + 2

 

 

k

 

 

 

 

 

 

bk"b k# + b k#bk"

 

 

It has also been used that under the k-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k may be repla ed by : Further, with

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

=sumb

 

 

 

 

 

 

 

 

v

 

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

u

 

 

 

b

 

 

+ v b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k# k"

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k#

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k"

 

 

 

 

 

 

 

 

k k"

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

k#

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

y

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

+ ukvk

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(155)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ukb k#bk"

vkbk"b k#

 

 

 

b k#b k#

 

bk"bk"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N. N. Bogoliubov, Nuovo Cimento 7, 794 (1958); J. G. Valatin, Nuovo Cimento 7, 843 (1958).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

47

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

the full transformed BCS-Hamiltonian reads

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

2

 

 

 

y

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

( k )vk

+

 

 

 

 

( k

 

 

)(uk

vk)

 

 

 

 

^

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

HBCS

 

 

+2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

bk b

 

 

 

 

;

 

 

(156)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( k )ukvk

 

bk"b k#

 

+ b k#bk"

 

 

 

 

 

 

 

 

Bk0 Bk

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

g

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

kk0

^

^

 

 

 

 

 

where for

 

y w

 

omitted thekb

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

of the last sum.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Now, wbrevittroduin

e the o upatioundsumber operators

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^k

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(157)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= bk bk

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

state j i of the BCS-Hamiltonian is an o upation number

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

. Then, its energy is found to

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

of the b-operators and assume an logous to (130, 131) that for properly hosen b-op rators the ground

be

 

0

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

eigenstate

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

#2

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

"

X

ukvk

(1 nk"

k#)

:

(158)

 

E = 2

)vk

+

 

k

 

)(uk

vk)(

k" + nk#) V

 

 

 

 

 

( k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(153), when e v = u

 

 

= u =v . For givthen

o upation

 

 

nummbers, (158) has its minimum for

 

The nk

 

are the eig

 

values

(0

 

 

r 1) of

 

 

 

 

 

 

n

 

 

ber operators (157)

 

 

 

the ground state

j

0This.

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

variational para

 

 

 

 

 

k

 

 

 

and v

 

whi h are onne ted by

 

energy expression still ontains

 

 

 

 

eters u

k

 

k

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

k

E

 

k

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

o upationv

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

2 #

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

uk

 

"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

g

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

vk

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

nk#

 

= 0;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 4( k )uk + 2

 

 

k

 

 

 

 

 

1 nk"

 

 

 

 

 

 

 

(159)

Hen e, u

 

 

and v

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

V

 

 

k

 

ukvk

 

1 nk"

nk#

 

 

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

k

are determined by 153) and

v

 

 

 

= u2

v2

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(160)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2(

 

 

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Their ombination yields a biquadrati equation with the solution

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u

 

 

 

 

1"

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

k

 

k

 

 

 

#

 

 

 

 

 

k

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( k )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 2

 

1 p(

 

 

 

)2

+ 2

 

;

 

 

 

2ukvk = p(

 

 

)2

+ 2 :

 

 

 

 

(161)

 

 

 

 

 

 

 

 

v2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Insertion into (159) results in the self- onsisten y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

g

 

X

 

1 onditionn

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k"

 

 

 

k#

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

whi h determines as

 

 

 

fun tion of the BCS

oupling

 

 

 

 

 

 

 

 

 

g, the

 

 

 

 

 

 

 

relation k

 

 

 

 

 

 

 

 

+ 2 ;

 

 

 

 

 

 

 

(162)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 =

 

2V

k

 

 

 

 

( k

)2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

normal state ^-quasi-parti les (in esse e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

he Fermi velo ity), and the o dispersionupationumbers nk of the

b-quasi-parti les of the super ondu ting state (in essen e onsttemhe

perature as seen later).

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

48

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

uk

The

par mete s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

and

vk

 

 

re

 

de

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

pi ted

 

 

 

 

 

 

 

 

 

re

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

v

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

on the righthe.

 

For-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

mally,

inter hang ng

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u

k

with

 

v

k

 

would

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

be

 

 

solut on

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

also

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

of

the

 

biquadrati

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

quation. It is, how-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ever, easi y seen that

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

his would

not lead

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

o

 

 

 

minim

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s

 

. With (161)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

readily

d

een

thait

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figure 36: The fun tions u and v.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

se o

 

 

sum

 

of

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(158) is positiv

def-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

inite. Hen e, the abs lute minimum of energy (ground state) is attained, if all o upation numbers of

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

the b-orbitals are zero.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

redu es to

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

For the ground state, the self- onsisten y

 

Z

!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 =

g

 

X

 

 

 

 

1

 

+ 2

=

 

gN(0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ 2

=

gN(0)

ln p!2

+ 2

!

 

 

 

 

 

 

 

 

2V

 

k

 

p( k )2

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

ondition! d! p

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

gN(0)

ln

4!

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

resulting in

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(163)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 2! exp

 

(162)0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

for the v

 

 

 

of in

he ground state (at zero

 

 

 

 

 

 

 

gN(0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

If one re

la es the last term

 

(g=V )

P

 

^

y

^

 

of the tr

 

 

 

 

 

med BCS-Hamiltonian (156) by the

 

 

 

 

y

B

k0

B

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

^

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

 

^

 

 

 

meaneldaluepproxima ion

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(re temperature)a hat w nsfointrodu d as = (g=V )h

0j

 

 

 

 

 

0i,

 

 

 

k Bk

+Bk

 

 

 

 

k Bkj

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

relation (160) makes the ano

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

y

f. (155, 159)), than

 

is readily seen

 

 

hat

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^ ^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

alous terms (terms b b

 

 

 

 

^^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

or bb) of this Hamiltonian vanish: In mean-theld approximation the BCS-Hamiltonian is diagonalized

by the Bogoliubov-Valatin transformation,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

in

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

2

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

2

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

(

 

)v

 

 

+

 

 

(

 

 

 

resulting)( v

 

 

^

 

b

 

 

 

2

 

 

u

 

v

 

 

1

 

 

^

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

H

m-f

 

 

 

 

k

k

k

k

k

 

k

)b

 

 

k

 

k

 

k

k

 

 

 

b

k

b

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

k

 

 

 

 

 

 

 

i

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(

 

 

)(u

2

v

) + 2 u

 

v

 

^y

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

k

k

k

 

 

b

k

b

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(164)

 

 

 

 

 

 

^

onst. + k k bk bk

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

with the b-quasi-parti le energy dispersion relation

 

 

 

 

2

+ 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(165)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

= p(

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

obtained by inserting (161) into the se ond line of (164).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

49

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

The

 

 

 

rsion

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

with the

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j

 

normal state

 

 

 

 

 

 

 

 

 

energyk

 

 

 

 

see

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

jdispdepdispers

 

 

 

the righogether. It

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

at the physi al mearelationing of is the gapand

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

normal

stat

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

relation

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

th

 

b-quasipar i le ex itation

spe trum

 

f the

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

super on

u ing

 

.

The name bdispersiongol

 

 

 

 

 

j k j

 

 

 

 

 

fF

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

k

The fa t thatthese Bogoliubov-Valatin trans-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

diagonalizes the BCS-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

form tion

 

 

 

 

 

 

jus i es

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

oftenle

 

 

 

 

 

mean-stateld appro

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

bogol

 

 

 

 

 

 

partially

 

f a normal-state

 

 

F m (152) one ould arrivogetherHamiltoniann lusion that

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

diago

 

alizing the meaneld BCS-

 

 

 

 

 

 

 

ground

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

our

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

super ondu ting state.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ture, the key rela ions (160) arethatof en derivedras

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

instead

 

 

minimizing

 

 

 

 

 

 

 

nergy

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(158). Inofa t both onne ions are equally im-

 

 

 

Hamilt

 

 

ian. Clearly, the BCS-theory

 

 

por an

 

 

and prov de onlythe

 

 

 

 

 

 

 

 

 

expresslution of

 

 

 

 

 

 

on

that solution is

 

 

 

 

 

- e d

 

 

d

 

.

n e would not

 

 

rry

 

 

 

tegeronsistsh rge qu

 

 

 

tum. However,based

ele tron and partiallymeanof

 

hole, a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

rst was pointed out by Josephsotheoryn, he true b-quasi-parti leannihilation and

reation operators are

nnihilating an el tron pair and

 

repla ing

it withpartiallynormal-state ele tron. The se ond part of the

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

y

^

 

^

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

^

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= u ^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

= u ^

 

v ^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(166)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

v P ^

 

 

 

 

 

 

 

 

P ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ed, that is, a hole-bogolon is r ated, by

 

 

 

 

reating a no mal-stateNohle and partially

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a positivereatesarge, when e

the ho

 

-bo olon (with jkj

< k

 

 

) arries

 

 

 

te er

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

k

^

y

k k

 

 

 

 

 

 

 

k

 

k

 

 

k

 

 

k

k

 

 

 

k k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

wherein th

P anni ilates and P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

bound pair wi h zero mom ntum and z

 

o spin

 

 

 

onsidered

Cooper problem. Its w vefun tion will

 

onsidered

 

 

th

n xt hapt

r.

 

 

 

w,as

bogolon is

 

sitiv

 

 

 

 

 

quantum. Lik

 

 

 

 

 

an ele tron-bogolon (with jkj > k ) is

 

 

 

 

 

Fpartially by

ensures

operators mak

 

b-bogolon be surrounded byarriesuper ondu tin

 

ba k ow of

 

 

harge whi

that an integerreatesharge quantum travels with the bogolon. It is

 

 

 

egativfor jkj < k

 

 

and

 

reatingfor

 

 

 

 

 

 

alsoat

 

 

 

 

and partially by reating

an

ele tron pair and simultan ously

tum.

 

 

 

a

nronormaless-stahargel le tron.

Agaiewise,the

 

 

b

golon

 

 

 

an integer

(

 

 

 

e) reatedharg

 

qu

 

The P -

 

 

Of ourse, it remains to show that the new ground state j

 

positivis indeed super ondu annihilatinti egativ.

 

jkj > k

F

 

.

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

F

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

50