利特尔-帕克斯效应

利特尔-帕克斯效应是 1962 年 William A. Little 和 Roland D. Parks 在平行磁场作用下的空薄壁超导圆柱体实验中发现的。 这是表明库珀配对原理在 BCS 理论中的重要性的首批实验之一。

Little–Parks (LP) 效应的本质是持续电流对超导性的轻微抑制。

这种圆柱体的电阻随磁通量穿入圆柱体呈周期性振荡，周期为

h/2e ≈ 2.07×10−15 T⋅m2

其中 h 是普朗克常数，e 是电子电荷。 Little 和 Parks 给出的解释是，电阻振荡反映了一种更基本的现象，即超导 Tc 的周期性振荡。

利特尔-帕克斯效应包含 Tc 随磁通量的周期性变化，磁通量是磁场（同轴）与圆柱体横截面积的乘积。 Tc 取决于超导电子的动能。 更准确地说，对于给定的磁场，Tc 是普通电子和超导电子的自由能相等时的温度。 要了解构成利特尔-帕克斯效应的 Tc 的周期性振荡，需要了解动能的周期性变化。 动能振荡是因为施加的磁通量增加了动能，而超导涡流周期性地进入圆柱体，补偿了通量效应并降低了动能。 因此，动能的周期性振荡和临界温度的相关周期性振荡同时发生。

利特尔-帕克斯效应是超导电子集体量子行为的结果。 它反映了一般事实，即在超导体中量子化的是类磁通量而不是通量。

利特尔-帕克斯效应可以看作是要求量子物理学相对于电磁势的规范选择不变的要求的结果，磁矢量势 A 构成电磁势的一部分。

电磁理论表明，带电荷 q 的粒子在磁场 B 为零但 A 非零的区域中沿着某条路径 P 行进（根据 B = 0 = ∇ × A {displaystyle mathbf {B} =0 =nabla times mathbf {A} } ), 获取相移 φ {displaystyle varphi }

在超导体中，电子形成量子超导凝聚体，称为 Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) 凝聚体。 在 BCS 凝聚体中，所有电子的行为都是一致的，即作为一个粒子。 因此，集体 BCS 波函数的相位在向量电势 A 的影响下表现得与单个电子的相位相同。 因此，在多重连接的超导样品中，围绕闭合路径流动的 BCS 凝聚物获得相位差 Δφ，该相位差由通过路径封闭区域的磁通量 ΦB 确定（通过斯托克斯定理和 ∇ × A = B {displaystyle nabla times mathbf {A} =mathbf {B} }），并由以下公式给出：

Δ φ = q Φ B ℏ 。

这种相位效应是造成超导回路和空圆柱体中量化通量要求和利特尔-帕克斯效应的原因。 量子化的发生是因为超导波函数在环路或空超导圆柱体中必须是单值的：它在闭环周围的相位差Δφ必须是2π的整数倍，BCS电子超导对的电荷q = 2e。

如果 Little–Parks 振荡的周期相对于超导相位变量为 2π，从上面的公式可以得出，相对于磁通量的周期与磁通量量子相同

Little–Parks 振荡是一种广泛使用的 Cooper 配对证明机制。 一个很好的例子是对超导体绝缘体转变的研究。

这里的挑战是将 Little–Parks 振荡与弱（反）定位分开，如 Altshuler 等人。 结果，作者在脏金属薄膜中观察到了 Aharonov–Bohm 效应。

Fritz London 预测磁通量在多重连接的超导体中被量化。 实验表明，被捕获的磁通量仅存在于离散的量子单元 h/2e 中。 由于圆柱体的壁厚，Deaver 和 Fairbank 能够达到 20-30% 的精度。

Little 和 Parks 检查了一个薄壁（材料：Al、In、Pb、Sn 和 Sn–In 合金）圆柱体（直径约为 1 微米），T 非常接近应用中的转变温度。