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科学|超导研究的历史与挑战：曾经辉煌，今路在何方？( 八 )


（3）超导材料物性的计算机模拟 。 这种模拟通常是在能带理论框架下 ， 通过成熟的商业软件完成的 。 随着计算机运算能力的提高 ， 尤其是超级计算机的普遍应用 ， 这一手段逐渐成为发现新的超导材料和研究超导机理的重要方法 。 研究人员既可以通过对潜在的超导材料的计算机模拟向材料学家提出制备建议 ， 也可以通过对已知的超导材料的计算机模拟为进一步的微观理论建模提供关键信息 。 更加确切地说 ， 对于一个复杂的材料体系 ， 我们必须首先通过初步处理 ， 从体系众多的自由度中筛选出对于体系的低能物理行为起关键作用的少数自由度 。 这个筛选过程在定量上并不需要很精确 ， 但是通常是必要的 。
(4）超导机理的理论研究 。 这里的理论研究有两种模式 ， 即所谓的唯象理论研究和微观理论研究 。 唯象理论的作用是从低能有效模型出发对实验结果进行分析拟合 ， 或者反过来从实验结果中抽象出低能有效模型 。 微观理论的作用是从微观相互作用模型出发 ， 通过解析或数值的方法研究其在长波低能极限下物理行为 ， 从而导出低能有效模型 。 超导机理理论研究的终极目的是通过低能有效模型这一桥梁 ， 建立实验现象和微观相互作用过程的逻辑联系 。 由此可以看出 ， 对于超导理论研究来说 ， 不仅数理解析能力很重要 ， 从实验结果中发现关键线索的能力以及编程数值计算的能力也都很重要 。 前面我们已经提到 ， 由于高温超导研究的刺激 ， 最近三十年里量子多体计算领域发生了革命性的变化 。
一个人的精力当然不可能精通所有的研究手段 。 在这个时代 ， 合作是科学研究的常态 。 对于高温超导机理这样一个曾被大量研究的复杂问题 ， 保持对不同研究手段的了解有助于我们从不同视角发现复杂现象背后的隐秘线索 ， 使我们有能力向大自然提出真正有价值的问题 。 这不仅要求我们拥有关于这一体系丰富的经验知识 ， 更要求我们拥有关于这些经验知识系统和深入的理论思考 。 我想唯有如此 ， 高温超导机理研究才可能取得实质性的突破吧 。
【科学|超导研究的历史与挑战：曾经辉煌，今路在何方？】本文原文为作者发表在知乎《与中学生谈超导（1-4）》 ， 经作者重新整理补充后发于《返朴》 。


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