Un superconductor tiene resistencia cero. ¿Qué acerca de un electrón en el vacío? Podría este sencillo sistema se considera superconductor?
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Tienes razón, los electrones en el vacío puede llevar a una corriente sin resistividad. Sin embargo, la superconductividad no es sólo la resistencia cero, sino algo más.
La superconductividad es definido por cero de la resistividad y por la presencia del efecto Meissner, es decir, la expulsión de los campos magnéticos del sistema.
El cero de la resistividad de los electrones en el vacío es generalmente llamado balísticos de conductividad, que significa ausencia de dispersión y, en consecuencia, la ausencia de la resistividad. Balística de la conductividad se realiza no sólo en el vacío, pero también en otros sistemas como, por ejemplo, los nanotubos de carbono. En este sistema, los electrones pueden viajar sin someterse a la dispersión, desde un ideal de nanotubos no tiene ninguna impureza y es un hueco en el centro.
Usted puede pensar que esto es sólo cuestión de definiciones, ya que ambos sistemas balísticos (electrones en el vacío, nanotubos) y superconductores presentan resistencia cero. Sin embargo, el efecto Meissner (expulsión del campo magnético) es lo que diferencia a la superconductividad de la balística de la conductancia.
También, el origen físico de resistencia cero es completamente diferente en los dos sistemas. En balísticos conductores (los electrones en el vacío, nanotubos), la resistencia cero surge del hecho de que la dispersión de electrones es despreciable en ausencia de impurezas. Los electrones simplemente mover sin ser molestados. En los superconductores, la dispersión es todavía presente (superconductores pueden tener impurezas y el desorden), pero la débil atracción entre los electrones (mediada por los iones en el cristal) supera, y por lo tanto los electrones se mueven de manera coherente sin disipación.
Otra diferencia entre balísticos de la conductividad y la superconductividad es la presencia de una transición de fase a una temperatura crítica de $T_c$. Los superconductores presentan superconductividad sólo en virtud de una cierta temperatura de $T_c$, y la transición entre el estado normal (generalmente metálico) y la superconductividad es muy, muy fuerte. En el vacío, la presencia de balística de la conductividad no depende de la temperatura. En los nanotubos, perfecto balísticos de conductividad se obtiene a bajas temperaturas, pero no hay una transición entre el cero y el cero de la resistividad. En realidad, la dependencia de la temperatura es muy suave y, de hecho, los nanotubos de carbono son casi balísticos incluso a temperatura ambiente. El aumento de la resistividad en el aumento de las temperaturas debido al hecho de que el sistema se vuelve más y más "desordenada", como los aumentos de temperatura.
Anexo: debo destacar que el efecto Meissner no es sinónimo de perfecto diamagnetism. De electrones en el vacío (como el plasma) puede exhibir perfecto diamagnetism, que es una consecuencia directa de la resistencia cero. Resistencia cero implica, de hecho, que los bucles de corriente (corrientes de foucault) se generan como respuesta a una variación del campo magnético externo, y es exactamente lo que cancelar esta variación. En un perfecto diamagnéticos sistema (como el electrón-en-sistema de vacío) el campo magnético puede ser todavía distinto de cero (por ejemplo, el electrón moviéndose en el vacío genera un número finito de campo magnético). En el interior de un superconductor, el campo magnético es siempre cero, al menos en un cierto campo crítico, donde el superconductor tiene una fase de transición a un sistema normal (de metal) o a una más complicada estado mixto (superconductores de tipo II). La diferencia entre el efecto Meissner y diamagnetism es una especie de sutil a entender pero es físicamente bien definidos. Creo que es una buena introducción a este está aquí
2º Anexo: Otra diferencia entre balísticos de la conductividad y la superconductividad es la presencia de un parámetro de orden superconductor $\Delta e^{\algebra \varphi}$. Esto no es sólo objeto matemático para describir la vinculación entre los electrones, pero tiene directas consecuencias físicas. Un ejemplo es el efecto Josephson. Claramente no Josephson unión puede realizarse entre dos conductores balísticos. (aunque es posible darse cuenta de uniones Josephson entre un superconductor y un sistema de conductor).
3 de la Adenda: La débil atracción entre los electrones en los convencionales, de baja temperatura, los superconductores se describe en el Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) la teoría de una interacción efectiva entre los electrones mediada por la celosía de las distorsiones (fonones). En BCS, la atracción débil se describe en la media de la aproximación de campo como un parámetro de orden $\Delta e^{\algebra \varphi}$. Esto significa que el campo se describe la fase de transición entre los superconductores de estado y estado normal (esto es similar al caso de los ferromagnetos, que son descritos por un orden diferente de parámetros, a saber, la magnetización). No hay interacción juega un papel en un sistema de un solo electrón en el vacío. Este es también el caso de un sistema compuesto de muchos electrones en el vacío (siempre y cuando la densidad es baja) o en un sistema de sistema (nanotubos).
rpsml
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Este es un bien avanzado el debate, pero yo voy a dar mi granito de arena aquí. No es una de las principales de la mecánica cuántica diferencia entre un superconductor y electrones en el vacío.
Electons en el vacío tienen cada uno su propia función de onda. En un superconductor, Cooper pares de condensado en una sola función de onda.
Entonces, ¿qué?
Así, se hace muy fácil de dispersión de los electrones en el vacío y, por lo tanto disipar la corriente. Esto lo sabemos muy bien. Se llama un sincrotrón anillo de almacenamiento. Encuentras casi en cualquier lugar hoy en día. En un sincrotrón de electrones que circulan en una órbita cerrada en el interior de una cámara de vacío. La cantidad de electrones es incluso medido como una corriente que circula en el ring. Sin embargo, como el vacío no es perfecto, electrones, finalmente, la dispersión y la corriente se disipa. Y tienes que rellenar el anillo con más electrones. Por lo tanto, cualquier pequeña impureza en el vacío disipa la corriente.
Porque Cooper parejas comparten el mismo estado cuántico, es muy difícil de disipar. En realidad, el mejor de los superconductores convencionales (Pb, Nb, NbTi, NbN) son bastante malos conductores. Tienen un montón de dispersión. Pero en el condensado estado, es muy difícil de dispersión de un solo par y disipar la corriente. Por lo tanto el cero de la resistencia del estado. Los superconductores convencionales puede tolerar una gran cantidad de (no magnético) de la impureza y el desorden (de ahí su estado normal de dispersión), sin perder sus propiedades superconductoras.
En resumen, a pesar de los electrones en perfecto vacío puede conducir la electricidad sin disipación, es fácil de esparcir. Cooper parejas comparten un único estado cuántico y requieren una gran cantidad de energía (la brecha), que se dispersa.
