Введение в теорию электропроводности и сверхпроводимости, Квасников И.А., 2010

Введение в теорию электропроводности и сверхпроводимости, Квасников И.А., 2010.
  Предлагаемая вниманию читателей книга посвящена одному из достаточно полно разработанных разделов электронной теории - теории электропроводности и сверхпроводимости.
В книге в доступной форме изложены основы теории электронного газа в металлах, его кинетической теории в рамках стационарного приближения (явления переноса) и проблемы сверхпроводимости в ее современном теоретическом обосновании, а также обсужден вопрос о возможности сверхтекучего состояния вырожденных фермисистем типа ядерной материи.
Для студентов старших курсов и аспирантов, специализирующихся в области теоретической физики, а также научных сотрудников, интересующихся вопросами электронной теории и общими проблемами квантовой статистики.

Кинетическая теория продольных термоэлектрических явлений в электронном газе.
Теоретические исследования явлений переноса в статистических системах исходят из кинетического подхода к рассмотрению этих процессов. Сами кинетические уравнения, являясь исходными в этих исследованиях (если это не феноменологическая их схема) очень сложны. Они, как правило, оказываются и интегральными, и нелинейными относительно одночастичных функций распределения, и их исследование встречает серьезные математические трудности (на которые еще дополнительно накладываются проблемы учета потенциала взаимодействия частиц друг с другом и т.д.).
Лоренцева форма интеграла столкновений.
Рассмотрим в связи с этим одну простую кинетическую схему, исследование которой удается провести без привлечения громоздких математических методов. Речь идет о модификации интеграла столкновений, произведенной Хендриком Лоренцем (1905) в связи с развитым им кинетическим подходом в электронной теории металлов. Ради физической наглядности используем классическую схему кинетической теории, которую по мере возникшей надобности достаточно просто модифицировать применительно к электронной системе в металле. Практически это сведется к тому, что вместо вероятности w(n|n') мы будем использовать интеграл столкновений Больцмана, физический смысл которого достаточно нагляден. Учитывая, что система электронный газ в металле является как минимум двухкомпонентной.
Оглавление
Предисловие
Часть I. Явления переноса в вырожденном электронном газе
Глава 1. Кинетическое уравнение Паули и кинетическое уравнение Больцмана
§1. Квантовомеханическая теория возмущений для чистого и смешанного квантовомеханического состояния
§2. Статистические системы. Огрубление шкалы времени и закон сохранения энергии
§3. Переход к кинетической шкале времени и построение кинетического уравнения Паули
§4. Изолированные системы. Микроканоническое распределение Гиббса. Проблема обращения времени
§5. Переход к уравнению Больцмана
Глава 2. Общие замечания и вопросы моделирования системы
§1. Исключение учета положительно заряженного фона кристаллической решетки
§2. Самосогласованное поле и плазменные колебания
§3. Томас-фермиевская экранировка кулоновского потенциала
§4. Критерий идеальности реального электронного газа в металлах
Глава 3. Кинетическая теория продольных термоэлектрических явлений в электронном газе
§1. Лоренцева форма интеграла столкновений
§2. Стационарное решение кинетического уравнения Лоренца
§3. Электро- и теплопроводность вырожденного электронного газа в металлах
§4. Термоэлектрические явления в металлических проводниках
Глава 4. Учет электрон-фононного взаимодействия в теории электропроводности металлов
§1. Моделирование гамильтониана взаимодействия электронов с колебаниями решетки
§2. Расчет транспортного сечения рассеяния и определение температурной зависимости удельного сопротивления в области низких и высоких температур по отношению к температуре Дебая
§3. Расчет поправок к основному результату
§4. Обсуждение и критические замечания
§5. Теплопроводность электронного газа в электрон-фононной модели взаимодействия
Часть II. Введение в теорию сверхпроводимости электронного газа
Глава 5. Экспериментальные и теоретические предпосылки теории сверхпроводимости
§1. Немного истории
§2. Вопросы моделирования системы электронного газа в металлах
§3. Учет экспериментальных данных: малая величина температуры фазового перехода по сравнению со средней энергией взаимодействия электронов друг с другом и газом фононов
§4. Учет экспериментальных данных: гипотеза о наличии в спектре возбужденных состояний энергетической щели и низкотемпературное поведение теплоемкости сверхпроводника
§5. Корреляционный радиус бозеподобных комплексов электронов в случае наличия в их спектре возбужденных состояний энергетической щели
§6. Условия существования квазисвязного состояния электронов по Куперу
§7. Структура динамического взаимодействия электронов в металле
Глава 6. Электронный газ с прямым передаваемым фононами взаимодействием
§1. Выделение части гамильтониана, ответственной за формирование куперовских состояний
§2. (u - v)-преобразование Боголюбова ферми-операторов рассматриваемой модели
§3. Определение коэффициентов (u - v)-преобразования и оценка свободной энергии системы в соответствии с вариационной теоремой Боголюбова
Глава 7. Исследование уравнения для энергетической щели в случае упрощенной модели взаимодействия электронов
§1. Уравнение для энергетической щели и термодинамический потенциал системы с модельным взаимодействием частиц, допускающим дальнейшее исследование проблемы сверхпроводимости
§2. Расчет температуры фазового перехода theta0 и температурное поведение энергетической щели в диапазоне 0 =< theta =< theta0
Глава 8. Термодинамические свойства модельного сверхпроводника
Глава 9. Величина критического магнитного поля и фазовый переход 2-го рода
§1. Термодинамическая теория
§2. Связь эффекта с величиной энергетической щели
Глава 10. Качественный учет кулоновского взаимодействия
Глава 11. Вариационное приближение и асимптотическая точность полученных результатов
Глава 12. Принцип компенсации "опасных диаграмм"
Глава 13. Общая структура возбужденных состояний сверхпроводящего и нормального электронного газа в металлах
Глава 14. Критерий возможного существования явления сверхтекучести в вырожденной ферми-системе с куперовской корреляцией составляющих ее частиц и условие устойчивости нормального ее состояния
§1. Моделирование исходного гамильтониана
§2. Разделение (u - v)-преобразованного гамильтониана на части
§3. Постановка вариационной задачи
§4. Выделение тривиального решения
§5. Критерий возникновения устойчивого сверхтекучего состояния системы
Приложения
Приложение I. Расчет фермиевских интегралов
Приложение II. Представление вторичного квантования в задачах статистической механики
§1. N-частичный базис
§2. Представление базиса в терминах чисел заполнения
§3. Операторы динамических величин в представлении чисел заполнения
§4. Введение операторов рождения и уничтожения
§5. Рабочие формулы для операторов динамических величин в представлении вторичного квантования
Приложение III. Теорема о спариваниях
Приложение IV. Вариационная теорема Боголюбова
Приложение V. Ферромагнетик Гейзенберга в вариационном приближении и пример модели, когда это приближение является асимптотически точным решением статистической проблемы
§1. Теория молекулярного поля Вейсса как вариационное приближение
§2. Пример совпадения вариационной оценки с асимптотически точным решением
Приложение VI. Основная формула метода перевала
§1. Выделение epsilon-окрестности в области точки перевала
§2. Изменение первоначального контура интегрирования
§3. Асимптотическая оценка интегралов.