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

9 MICROSCOPIC THEORY: PAIR STATES

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

asi-parti les.

In m an-

 

 

 

 

 

BCS theory, the

 

ro

nd

 

 

 

e

 

 

 

 

determined b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ompl te absen e of q

With the properti

 

 

of the Bog

 

 

 

iubov-Valatin tran formation,

 

 

 

r

 

 

ground state is

 

found

be the

onde

 

 

eldof Cooper pairs

 

plane-wstave K

 

= 0

states

 

of

 

 

 

 

 

 

 

en

 

 

rs of gravity. By o upying

quasi-p rti le

 

states a ording to

Fermi statisti s, thermodynamthistates of the BCS super ondu tor

are obtnsained.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9.1

The BCS ground

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a ordingly.

 

 

Then, it was found after (162) that all

In^

= b

 

 

 

 

b

 

 

; and the b

 

 

 

wstate

j

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Se tion 8.D the BCS ground

 

 

 

 

 

 

was assumed to be an o upation number

 

 

of

o upation numbers n^

 

 

 

 

are zero determinedthe ground state. This implies that h

 

 

jb

 

 

b

 

 

 

j

eigenstate= 0; and

 

 

 

y

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

^

 

 

 

 

 

 

 

hen e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

^

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

0i = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

k

 

 

(167)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

bk j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

for all k : The (meaneld) BCS ground state is the

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(uniquely

de ned) b-va uum. We show that

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

is the properly normalized state with properties (167). The normal metal ground state j0i of (130,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j

 

0

=

 

 

 

 

 

 

 

u

k

+ v

k

^

 

^

 

 

 

 

 

ji

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(168)

131) is

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k"

 

k#

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

<

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

<

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j0 =

Y

 

 

 

y

 

 

ji =

 

 

Y

 

y

 

 

 

y

 

 

 

 

ji

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(169)

and

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

has the form (168) too,

with u

 

 

= 0 for

 

 

 

 

< and u

 

 

= 1 for > and the opposite

behavior for v

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

k" k#

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Whennowe demonstrate the properties of (168).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ji = u

 

 

+ v

 

 

 

= 1;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

hj

 

u

 

+ v ^

 

 

^

 

 

 

u

 

 

 

+ vSin^ e^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

k k# k"

 

 

k

 

 

 

 

 

 

k

 

y

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k" k#

 

 

 

 

y

 

 

 

k

 

 

k

 

 

 

 

 

 

y

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

0i of (168) is properly normalized. Moreover,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

0

 

j

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u

 

0 ^

 

0

 

 

v 0 ^

 

 

 

 

 

 

 

 

u

 

0

 

+ v

 

0 ^

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

ji =

 

 

 

 

b

 

"

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

"

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

k

 

0

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

#

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

#

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

k

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

k

" k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

y

 

 

y

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

^

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

"

 

 

Y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

#

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

"

 

 

 

 

 

 

#

^

 

 

#

 

ji =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

k

k"

 

 

k#

 

 

k

0 v

k

0

k

 

k0"

 

 

k0

 

 

 

k0

 

 

k0

#

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

k(6 k )

u

+ v

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k0

"

 

k

"

 

k0#

 

 

 

 

ji = 0

(170)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u

 

 

 

 

 

 

1 ^

 

 

 

^

 

0

 

 

^

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

j

 

 

= 0. This ompletes our proof. Histori ally, Bardeen, Cooper and S hrie er

and analogously b

 

#

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

solved the BCS model with the ansatz (168), before the work of Bogoliubov and Valatin.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

51

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9.2

 

 

 

 

 

 

 

 

pair

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Next wThend

 

 

 

 

 

 

w vefun t ons ontained in j

 

 

 

 

 

 

i: R all, th

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a ondu tion ele tron in

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

the plane-wavthestatefunexp(tionk r)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

y

(reates) is

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(s) so that the ld

 

 

 

 

 

 

 

ator

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

y

 

 

exp(ikoper)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

(rs) =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(s):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(171)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

is, rs

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

the enter of gra

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

of the ele tron with its polarization loud whi h

toget

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y and the

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r makdenotesupthe

` ondu tion

elevitron'.)

 

j

 

 

 

 

 

spinand depending on these variables is

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(Thathe

N-parti le wavefun tion

ontained

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0(x1

; : : : ; xN ) = hx1

: : : xN j

 

0

 

 

= hj

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

uk + vk^

 

^

 

 

 

ji:

 

 

 

 

 

(172)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(xN )

 

 

(x1)

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

For the sake of

 

 

) =

 

y we

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

the spinors

, and nd

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k"

k#

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

(x

1

; : : ; x

N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Y

 

 

 

 

 

 

 

 

y

y

 

 

Y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

kN rN

 

 

 

 

 

 

 

ikN 1 rN 1

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e

ik1 r1

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 + g

 

^

^

 

 

 

 

 

 

 

u

 

ji =

 

 

 

 

 

 

 

k1:::kN

hjbrevit

 

 

 

suppress

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

N

 

N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

N 1

N 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k" k#

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

|

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

{z

 

 

 

 

 

 

 

for i6 j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

}

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=0; if not ki

i=6 kj j

 

 

 

q q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

 

 

p

 

 

 

 

 

 

 

N=2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i(k1 r1+ +kN rN )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

e

hj ^

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

Y

g

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ji

 

 

u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k1:::kN

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

k

k

^

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

kN N

 

 

 

 

 

 

k1

 

 

 

 

 

 

k" k#

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

|

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

{z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

}

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

0

 

 

eik2 (r1 r2)

 

k2

Æ 1

 

2

 

sum over all possible ontra tions

N ! =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

kN

(rN 1 rN )gkN Æ N 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

fk2ig

 

 

 

 

r

 

)

 

 

 

(r

 

r

 

 

)

singlet

(r

 

 

 

 

 

r

 

 

 

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3)

 

 

 

 

 

A (r

1

 

2

 

 

 

3

4

N 1

N

singlet

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

with

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

singlet

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

gk

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(174)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( ) X gk

 

 

 

ik ;

 

 

 

 

 

 

=

 

v

 

 

 

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

In the se ond line

 

 

f

 

 

 

 

 

 

(171) was insert

 

 

 

for the

 

 

 

 

 

 

 

f (172), and the

 

 

 

 

 

were fa tored out of

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x )

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f (172) (leaving gk

= vk=u

 

 

behind in the se o

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

du ts

run

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

item of the fa tors). The k-pr

 

 

ver all grid points of the

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k-m sh,

 

 

 

 

.g.

 

 

 

 

 

 

rmined by

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

boundary

 

 

 

 

 

 

 

 

 

for

he

 

 

 

 

 

 

volume

V

(173),while the sum runs over all

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

produ ts for

 

ets of N disjun t k-values out

of thamplesh. This disjun t natu(in nite)of

he k-sums is sibl

 

 

 

 

 

 

 

 

 

by

 

 

 

 

da h

 

 

 

 

the sum in the f

llowing

ines. Expansion of the rst

 

k-

rodu

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

of whionditionsh nly

 

 

 

 

 

yields terms with 0, 2, 4, . .periodi. ^ -

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

the N ^-op

 

 

 

 

 

 

 

 

of an it m

 

 

f the k-

 

 

 

t rms with exa tly those N ^ -operators that orrespodet

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

left

 

 

 

the

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

produ e

 

 

 

non-zero r

 

 

 

 

 

 

 

between thei ated^-va uum

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j ji.

 

 

 

 

 

 

 

results

ar

mos

 

 

easily btained by

 

 

i ommuting a sult

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

the

 

 

perators to thstatesoperatorsrigh of all r ation op

 

 

nd are usually alled ano tra tions;

 

 

 

 

 

 

 

nding

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

iginal order of the operators,

 

a h

 

 

 

sum

1. The

produ tover

 

 

 

 

k

, whi h multiplies ea on

 

 

 

 

 

 

 

 

on and

 

 

 

 

h as

 

 

 

 

 

 

 

 

runs

 

ver

all

 

 

 

 

 

 

 

 

many k-valu s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y elds

 

 

 

normalizi

 

 

 

 

 

 

fa torwhi i h ispreviouslyindThesendenresultof the

 

 

 

 

 

f k

 

of the full

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

values

 

1

; : : : ; k

N

of the sums. Likdepea annihilationindividu

 

 

 

tribut

, it depends on the

hemi al potenratoial

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

are essen

 

 

 

 

 

 

 

-zero inside

 

andinprodunitelythet gap

0

. At this point onemesh,ust real ze that theng

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

the F

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

)

 

 

astiallynon-

gligible value

 

 

 

surfa e ( f. (161)). Hen e, the ontributionfa tor

 

0

1

; : : : ; x

N

 

 

only for all k -ve tors inside the Fermi surfa e, and

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

of

 

 

 

 

 

 

value

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

with an in reasing umb

 

 

 

h kermi-ve tors and de reases

 

 

gain,

 

 

 

an appre iable

 

 

umber of k -ve tors falls outside of the Fermi

surfa e:

the norm of (172) is maximalif

 

 

 

N-values suthisthat theinkreas2 o upy essentially all mesh points

inside the Fermi surfa e. That is, this norm is non-negligible only for those N-values orresponding to 52

the

 

 

 

umber

n the

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

normal Fermi

 

iquid: j

 

 

 

 

 

is a grandanoni al state with a sharp

 

 

The result is maximstate j

 

 

 

originalonsisting of pairs of

 

ele trons in the

 

 

 

 

 

 

(pair-orbital) ( )

 

 

 

.

In ordele tronto analyze what this pair-orbital ( ) looks lik

 

 

 

re all that u

 

and v

 

may be written as

parti leumber

 

 

 

 

um

 

 

 

the a

 

oni al N-v

 

lue. W

 

 

did0

not tra e normalizing fa tors in (173)

and us a sign of approximation

 

 

 

 

(174) ag

n, assumig

( ) to be normalized.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( )

 

 

 

 

d kg e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dkk g

 

 

 

 

 

 

d e

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

geminaldkk

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

singlet

 

fun tions of

 

and (

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

~v

 

 

k=

 

( f.

 

 

 

 

 

 

 

 

. Hen e, g

 

~(~v

 

 

k= ), and

 

 

 

 

 

 

)=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

~vFk

 

 

 

 

 

 

(161))

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

0x

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F

1

 

 

 

 

Z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z

 

 

 

 

 

 

F

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z

 

 

3

 

Æk

 

ik

 

 

 

 

 

Z

 

 

 

2

k

 

 

 

 

 

 

 

ik

 

 

 

 

1

 

 

2

k

eik

e ik

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

F

 

:

 

 

 

 

 

 

 

Z

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

ik

 

 

 

 

 

(175)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

d

 

kg~

 

 

 

 

 

0

 

 

 

sin k

 

 

 

0

 

dxxg~(x) sin

 

~v

F

 

 

 

f( = 0);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

~v

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

By omparison

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r of

 

 

 

he

 

 

w

 

 

 

 

 

 

 

 

in the pair, their distan e

 

 

 

(173), is the distan e ve

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

on

 

verage being of the order of 0

,

 

 

 

 

 

ile the pair-orbital

 

 

 

 

lenottronsdepend on the position R of

is

 

 

lane w v

with w v

 

 

ve tor K = 0.

 

Mor tover, again

 

due to (173), all N=2 10

 

 

ele tron

pairs o upy the

 

ame delo alized pair-o bital in the BCS ground state

j

 

 

 

: this ma ros opi ally

the enter of gravity of

 

 

 

he pair:

 

 

 

 

 

 

h respe t

 

 

 

 

 

the enter

of gravity the pair is delo alized,

it

weakly oupledsuperdeterminedypdependonduI tor,ondu tor this ratioeleis tronsypially

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

23

 

 

 

 

 

o upied

 

 

 

 

 

 

(th

 

 

 

 

is, onstanwitin R-

 

 

 

 

 

 

pair-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

is the ondensate w vefun tion of the

 

re ly thedelo veragealized

distan e

 

0

 

of the

 

F

 

 

(173)

 

pair whi h

an be ompared to the

v

 

 

 

 

 

For a real

 

 

 

tate,

and

 

 

 

 

 

 

 

 

 

the

 

stru tur

 

oforbitalj

ensures that the solution of the BCS

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

the gap anspab

measurede)

(for instan e by measuring ther

 

 

 

 

 

 

 

superdistan ondue

ofting

 

arbitrary

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x itationele trons in the solid given by the ele tron densitodynami. Forerage

model is

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

Fermi velo ity v

 

of

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

in the norm l state, this measurem Withyields

independen

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

quan ities whi h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

thehen e

 

 

 

 

 

 

 

 

0

spe trum or dire tly by tu

neling spe tros opy.

 

 

 

the

is

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9

 

 

 

 

 

 

12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r0

103

: : : 104:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

same delo

 

 

(176)

 

 

pair orrelation resulting in

 

 

 

ondensation of

 

 

ll ele trons intoolumeand

 

 

 

 

lized

 

 

 

In this ase, there

 

10

 

 

 

: : : 10

 

 

 

 

ele trons of

 

 

 

 

 

 

pairs in the v

 

 

 

betw en

 

given p

ir: The e

orbital in the super ondu ting

 

state,

 

however,otherpi ture of ele trons groupthed into

individual pairs

 

 

In order to reatemisleadingsuper urrent, the

ondensate w vefun tion, that is, the pair orbital must be

would be by

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

in order not o deform (and thus destroy) the pair orbital itself. Hen e, 0 has the meaning of the

provided withfar phase fa tor

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( ; R) e

K R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

: Obviously, it must be K (177)

by

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

he reation operators in (168) with ^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

oherenrepla inglength of the sup ond

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

tor at zero temperature.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9.3 Non-zero temperature

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k+K=2" k+K=2#

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

The

 

 

 

 

 

Hamiltonian (164) shows that the bogolons reated

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

of (166) and

 

 

 

 

 

y operators

 

havingtransformedenergy

 

 

 

 

 

 

 

 

 

la

 

 

 

 

 

 

 

of (165) are fermioni ex itations with harge

and s in above

 

 

Coope

pairs must be 2 Sinwhere is the re om

 

 

 

potential of bogolons. Hen e, at temperature T

 

 

 

BCS g ound statedispersionj :

 

 

 

 

 

 

 

 

they may

 

 

 

 

 

bine into Cooper pairs , the

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

hemi al potential of

the distribution of bogolons is

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

nk"

= nhemik# = al k=kT

+ 1

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(178)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

53

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

The gap equation (162) then yi lds ( f. the analysis leading to (163))

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

g

 

X

1 2 e k= T

+ 1 1

 

=

 

gN(0)

Z

 

!

 

 

 

d!

 

 

 

 

 

 

 

 

1

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2V

 

 

 

k Z

!

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

!

p!2

+ 2 ep!2

+2=kT +

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d!

 

 

 

 

tanh

 

 

 

 

p!

 

+ 2

!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(179)

 

 

 

 

 

 

 

gN(0)

 

 

 

p!2

+ 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2kT

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

where in the last equation0

 

he symmetry of the integrand with respe t to a sign hange of ! w

used.

For T ! 0, with the limes tanh x

 

 

1 for x ! 1, (163) is

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

For in reasing tempera ure, the numerator of (162) de reases, and hen e must also de rease. It

vanishes at the transition temperature

T ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z

!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 = gN(0)

 

 

d! tanh

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

reprodu! =2kTed

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(180)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2kT

 

 

= gN(0)

 

 

0

 

 

 

 

 

 

dx tanh x:

 

 

 

 

 

Integration of the last integral by0 parts yields

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ln x

 

 

 

 

 

 

!

 

 

 

!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z

 

!

=2kT

dx tanh x =

Z

 

! =2kT

 

dx

 

 

 

 

+ ln

 

 

 

tanh

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

Z

 

 

0

 

 

 

 

!

 

 

 

 

 

 

 

 

2

x

 

2kT

 

2kT

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

dx

 

ln x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

osh4

 

 

 

!

 

 

 

 

 

2 !

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

osh

2

x

+ ln

 

2kT

 

 

= ln

 

 

 

 

+ ln

 

 

 

 

= ln

kT

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2kT

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

where ln

= C 0:577 is Euler's on tant.

 

 

The se ond line is

 

valid in the weak oupling ase

kT

 

 

!

 

and the nal result for that ase is

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

)

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(181)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 0

=kT

 

kT

 

=

2

!

 

 

exp(

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

with 2 = 1:13;

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

gN(0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 = 3:52:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

The gap asand f n tion of

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

between zero and T

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

temperatureust be al ulated

 

 

numeri al y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

from (178). However, the

simple

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

expression

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

(182)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(T ) 0s1

T

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

is a very good app

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

From

 

 

ene gy

 

 

expression

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T

T

 

 

 

(158), the thermodynami quan

 

-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ties an be al ulated, on e (

 

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d

hen e

k(T ) is giv

 

.

 

 

The

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figure 38: The gap as a fun tion of T .

 

 

 

main results are the

ondensation

 

 

 

 

 

 

B

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

energy at T = 0,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

1

 

 

 

 

 

 

 

2

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(183)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2(0)

 

 

 

 

2

N(0) 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

yielding the thermodynami riti al eld at zero temperature, the spe i heat jump at T

(184)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Cs

Cn

 

1:43;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

and the exponential behavior of the spe i

 

 

Cn

 

 

at low temperatures,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Cs(T ) T

3=2 0=kT

 

for

 

 

T T :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(185)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

heat

 

54

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10 MICROSCOPIC THEORY: COHERENCE FACTORS

As a ready

 

in

 

 

 

last se ion,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

states of

External elds,

 

 

 

 

 

are

 

 

by o -

ying qu si-parti le stat

with Fermi o upat on numbers.

 

 

 

 

 

wever,

most ases

ouple to t

done^-op

ator

elds. D

 

 

e tothermodynamioupling of ^-ex itationssuperin aondu torhondu obtainedtor terferen e

Let fk g be anthermodynamigiven disjun t set of quasi-parti le quantum numbers. Then,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

terms appear in

 

response to su h elds.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10.1

The

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

state

 

=

 

 

 

Y

 

 

y

 

 

j

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(186)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P =

 

 

 

j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

 

 

 

 

j;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

jthermodynami

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(187)

is tate with

 

 

quasi-parti les

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k 2fsuperk

ondu ting

ground s ate j 0

: If

here are

 

 

 

 

 

 

 

 

fk gabovk 2fk

 

 

k

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

many quasi-partithoseex itations pres nt,

 

 

hey in

 

ra t with ea h other and with the

 

 

 

ground state (the latter intera tion is in

 

 

erms of

 

 

 

 

 

 

operators P ^

 

 

and ^

 

P ), andondensateerathis in tion

l ads

to the temperature dependen ex ofited

 

 

ir

energy

 

 

 

spersion law

 

 

=

p(

 

 

 

)2

+ 2

via the

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

y

 

 

 

 

 

 

k

^

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

temperature dependen e = (T ): The

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

k

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

state is

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

fk g

 

 

 

 

 

fk g

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

fk g

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

where the summation is over all possible sets of quasi-parti le quantum numbers,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

fk =

exp(

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(188)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=kT ) + 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

is the Fermi o upation number, and Z

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z(T; ) is the partition fun tion determined by

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X Qk 2fk g fk

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(189)

theusual,verage

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

quasi-

 

 

 

 

 

 

 

Z

 

in

 

 

 

 

 

 

 

state k

 

is

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

numberexpeitselftationof

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

As

the thermody

 

 

a

i

 

 

 

 

 

 

 

rP

 

= fk g

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 1:

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

value of any operator A is obtained as trAP : For instan e

 

 

o upation0 0

 

 

 

 

tr

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

0

 

 

X

partij

le

 

 

 

 

the

 

 

 

 

 

j

 

0

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q f

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

0

 

 

 

 

 

 

fk g

 

 

 

fk g

 

 

Z Q f fk g

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X k0

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

fk

 

h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

0 j

 

 

 

fk gi

 

 

 

Z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

:

 

 

(190)

The state k0 0 j

fk

 

 

 

 

 

 

 

 

k gj k0 0

k0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= fk0 trP = fk0

 

 

i is obtained from the state j

 

 

 

fk gi by removing the quasi-parti le k : Hen e,

if one fa tors out f

0

, the remaining sum is again P .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 0

 

10.2

^

 

 

 

 

 

 

and spin momen

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

The hargek

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^(q) = omponen^

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ele^ trons^

 

 

 

 

:

 

 

 

 

 

(191)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= densities^ ^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

The operator of the q Fourier

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

of the

 

harge

 

^

 

 

 

 

 

 

y of

 

 

 

 

 

 

^

in a solid is

 

(192)

 

 

 

momen^ (q) =

 

 

 

 

 

 

 

 

dire^

tion)=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

That of the spin

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

is

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t density (in z-

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k+q" k"

 

 

 

k# k q#

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

k+q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

X

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

B

X

 

y

 

 

 

 

 

 

 

k"

 

 

 

 

y

 

 

 

k q#

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

k+q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k+q"

 

 

 

 

 

k#

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

55 k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

The

 

 

 

 

 

 

 

al

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

to (187)

rom

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P of a normal me alli state is omposed

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j

 

 

 

 

 

 

 

 

^-op rators. The , in

al ulati

 

g

 

 

 

 

super o

 

 

 

 

 

 

 

averages, ea

 

 

 

 

 

 

f

 

the k -sum

of

(191) nd (192)operatoris veraged ind pendently. In

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

state, the item in r

 

 

 

 

 

last

 

of those expre sions ar

 

 

ou led

and

hen e

 

 

 

 

 

are not ananalogymore veraged

 

independen

 

 

herestatistippear on

 

 

 

 

 

 

 

 

 

due to their oheren

 

 

in

f ren

 

 

 

 

 

 

the super ondu ting

 

states

j

tly:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

igenstatesfk

ThoseP rforming the Bogoliubov-Valatin transformationthermodynamif du tingharge density operator yields

 

 

 

t

fk g

tributiotributionsappear in the response of

 

 

 

sup

 

ndu ti

 

 

state to external elds whi thesesouple

ha ge and spin densities.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

y

 

 

^

 

 

y

 

 

 

^

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

+ ^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

k+q"

 

k"

 

k#

 

k q#

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k q#

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ujk+qjbk+q" + vjk+qjb

 

 

 

 

 

 

ukbk"

+ vkb k#

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ ukb k#

vkbk"

 

 

ujk+qjb k q# vjk+qjbk+q"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

^

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ujk+qjukbk+q"bk"

 

 

vjk+qjvkb k q#b k# + ujk+qjvkbk+q"b k#

+ vjk+qjukb k q#bk" +

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

+ukujk+qjb

k#

b k q# + vkvjk+qjbk"b

k+q"

ukvjk+qjb

k#

 

b

k+q"

vkujk+qjbk"b k q#

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

y

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

k

 

 

 

ujk+qjuk vjk+qjvk

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

k q#

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

bk+q"bk"

+ b k#b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

y

 

^

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

jk+ jvk + ukvjk+qj

 

 

 

^

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

 

 

b

 

 

bk"b k q#

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

In obtaining the last equality some operator pairs were anti ommuted whi h leads to the nal result

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k+q" k#

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n^(q) = e k

 

 

 

 

ujk+qjuk vjk+qjvk

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

bk+q"bk

 

+ b k# k q#

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

^

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

An analogous al ulation yields

 

 

 

 

+ ujk+qjvk

+ ukvjk+qj

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

:

 

 

(193)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

bk+q"b k#

 

bk"b k q#

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m^ (q) = B

 

 

 

 

 

 

ujk+qjuk + vjk+qjvk

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

bk+q"bk"

 

b k#b k q#

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

^

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ ujk+qjvk

ukvjk+qj

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

:

 

 

(194)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

k+q"

b

k#

+ bk"b k q#

 

 

 

 

 

The

 

 

 

 

 

 

line of these relations re e ts the abov

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

mentioned oupli

 

 

 

g between ^-states, and the se ond

re e tsrsthe

oupling to the ondensate. Both lines

ontain oheren e fa tors omposed of u and v.

 

10.3

 

 

 

Ultrasoni

 

 

 

 

 

 

uation

 

 

 

 

 

. The

 

 

 

 

 

 

 

 

ouplingtera tion term of the Hamiltonian

the ele tri eld

auseldbyattenlatti e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

As an example of

 

 

 

 

 

 

(external to the ele tron

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

to the

harge density we onsider

is

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H

 

 

 

 

 

g

 

 

X p system)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(195)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

phonon=

 

 

 

 

 

! orresponding^ + ^ ^(q);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

its reation operator.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

volume, ! is the phonon frequen y and a^y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

where g is a ou

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

 

 

 

 

V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q

q

 

 

 

 

 

 

 

q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

is the

ling onstant relating the qele tri eld of the phonon to its amplitude, V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

56

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

We onsider the attenuation of ultrasound with ~!

q

< ; then, in lowest order pair pro es es do

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

not ontribute. A ording to Fermi's golden rule the phonon absorption rate may be written as

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ra(q)

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tr HI Æ(Ef

 

 

Ei)HI P =

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

4 g2

!qnq

X

 

 

 

 

 

 

 

vjk+qjvk

 

k(1 fjk+qj)Æ( jk+qj k

~!q):

 

(196)

Here, E

 

and E

~V

 

 

 

k

 

ujk+qjuk

 

 

 

 

 

 

 

are the total

 

 

 

 

 

 

 

of

 

 

 

 

 

 

states

forming the H -matrix el ments and n

 

is

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

from the rst term in the rst lenergiesthermodynamiof . Afte renaming k q ! k0; the se ond term yields the

 

 

f

 

 

 

 

 

umber of the

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q

 

phononontai

o upation

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

state whi h in this ase in exte

sion of (187) also

 

phononi ex itations in thermi equilib ium. Half of the result of the last line is obtained

same

result

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

 

 

f

 

 

i

 

I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

. The phonon emission rate is analogously

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R (q)

 

 

2

tr

 

 

H Æ(E

 

 

 

E(193)H P

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 g

2

 

 

^

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

!qnq

 

ujk+qjuk

 

vjk+qjvk

 

2

fjk+qj

(1 fk)Æ( jk+qj k ~!q):

 

(197)

 

 

 

 

 

 

~V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

With fk(1 fjk+qj) fjk+qj(1

 

kf ) = fk

fjk+qj, the attenuation rate is

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dn

 

=

4 g2

!qnq

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

(fk fjk+qj)Æ( jk+qj

k ~!q):

 

 

(198)

 

 

 

dtq

~V

 

 

 

 

ujk+qjuk vjk+qjvk

 

 

 

 

 

The attenuation in the normal state is

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dn

 

 

 

 

k

4 g2

!qnq

X

(fk

fjk+qj)Æ( jk+qj k ~!q):

 

 

 

 

 

 

(199)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dtq

=

~V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

From a measurement of the di eren e, (Tk) an be inferred.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10.4

 

The spin

sus eptibility

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

With the intera tion Hamiltonian

 

 

^

= H( q)m^ (q) + : :;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(200)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

where H is an external magneti eld,Ithe expe tation value of the energy perturbation is obtained

as

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E(q) = tr

 

^

 

(E

 

 

E

)

1

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(201)

The sus eptibility is

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H

 

f

 

H

I

P :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

" I

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E(q)

 

 

 

 

 

 

2

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ujk+qjuk + vjk+qjvk

 

2 f

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

(q) = dH( q)

 

= 2 B

 

k

 

 

 

 

 

jk+qj

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 1 fk fjk+qj #

:

 

(202)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ ujk+qjvk ukvjk+qj

 

 

k

+

jk+qj

 

The sus eptibility drops down below T

 

 

 

d vanishes exponenti

 

lly f

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T ! 0.

 

 

 

 

 

 

 

Coheren e fa tors appear

 

s milar

manners

 

in

 

 

 

any

 

 

 

 

 

resp

 

nse fun tions as in the nu lear

relaxation time, in the diamagineti response, in the mi rowavmoreabsorption, and so on.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

57

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

areAknowledgement:. I thank Dr. V. D. P. Servedio for preparing the gures ele troni ally with great

58