共振价键理论

在凝聚体物理学中，共振价键理论（英語：resonating valence bond theory，简称RVB）是一种试图解释高温超导（尤其是铜氧化物超导体）的理论模型。1987年，美国物理学家菲利普·安德森和印度物理学家Ganapathy Baskaran提出了该理论。^[1]此理论认为在铜氧化物晶格中，邻近铜原子相互作用形成价键，将電子固定在位置上。然而，经过掺杂之后，这些电子可以像库柏对一样运动而形成超导现象。安德森在他1987年发表的论文中认为掺杂铜氧化物中超导的起源是（非超导态的）铜氧化物的莫特绝缘体特性。^[2]共振价键理论是在赫巴德模型和t-J模型的基础上建立的，用于研究强关联材料。^[3]

描述

一种共振价键状态，其中包含邻近原子中电子的价键耦合

莫特绝缘体的物理性质可用赫巴德模型的哈密顿量来描述：

${\displaystyle H=-t\sum _{\langle ij\rangle }(c_{i\sigma }^{\dagger }c_{j\sigma }+{\text{h.c.}})+U\sum _{i}n_{i\uparrow }n_{i\downarrow }}$

1971年，安德森最先提出这个哈密顿量有一个非简并的基态，其中电子自旋状态是无序的。在高温超导体发现不久之后，安德森和基弗森等人提出这些材料存在一个共振价键基态，可表示为：

${\displaystyle |{\text{RVB}}\rangle =\sum _{C}|C\rangle }$

其中${\displaystyle C}$表示相聚最近的二聚体（可认为是库柏对）在一个晶格中占据的体积。每一项对整体所做的贡献可认为是相同的。在平均场近似中，共振价键状态可以写成古茨维勒投影（Gutzwiller projection）的形式，表示依据科斯特利茨-索利斯相变（Kosterlitz-Thouless）机理进行的超导相变。^[4]然而，至今仍没有人对赫巴德模型或t-J模型中的哈密顿量存在这样一个超导基态进行了严格证明。^[4]此外，共振价键基态的稳定性也没有得到确认。^[5]

参考资料

1. Mann, Adam. High-temperature superconductivity at 25: Still in suspense. Nature. 2011, 475: 280–282 [8 April 2012]. Bibcode:2011Natur.475..280M. PMID 21776057. doi:10.1038/475280a. （原始内容存档于2020-08-08）.
2. Zaanen, Jan. A modern, but way too short history of the theory of superconductivity at a high temperature. ArXiv. 2010 [2014-04-04]. （原始内容存档于2020-07-22）. [arXiv:1012.5461v2]
3. Weber, Cédric. Variational Study of Strongly Correlated Electron Models (PDF). École Polytechnique Fédérale de Lausanne. 2007 [2014-04-04]. （原始内容存档 (PDF)于2018-10-01）.
4. Baskaran, Ganapathy. Five-fold way to new high Tc superconductors (PDF). Pramana. 2009, 73 (1): 61–112 [8 April 2012]. Bibcode:2009Prama..73...61B. doi:10.1007/s12043-009-0094-8. （原始内容存档 (PDF)于2019-12-05）.
5. Dombre, Thierry; Gabriel Kotliar. Instability of the long-range resonating valence bond state in the mean-field approach (PDF). Physical Review B. 1989, 39 (1): 855–857 [8 April 2012]. Bibcode:1989PhRvB..39..855D. doi:10.1103/PhysRevB.39.855. （原始内容存档 (PDF)于2016-03-03）. 引文使用过时参数coauthors (帮助)