¿Por qué los superconductores conducir la electricidad sin resistencia?

Question

Muchos autores han sugerido que la persistencia de las corrientes en anillos superconductores surgir de la brecha de energía en el espectro de partículas. De hecho, el argumento se ha presentado muchas veces en este sitio! Se sugiere que debido a que existe una brecha de energía, los pares de Cooper se impide la dispersión de los condensados.

Sin embargo, esto no puede ser correcto. Para uno, los superconductores de alta temperatura tienen d-wave simetría, lo que implica un nodo (es decir, que no requiere ninguna energía para excitar un electrón a lo largo de esta dirección). Esto parece sugerir que la brecha no es necesario para la persistencia de las corrientes. Además, se ha demostrado por Abrikosov y Gorkov que cuando uno presenta impurezas magnéticas en una onda s superconductor, la brecha se cierra antes de persistente corrientes son destruidos.

Por lo tanto, la sola partícula de la brecha no es una condición necesaria para la superconductividad y cualquier intento de explicar la persistente corrientes apelando a una brecha de energía en el de una sola partícula de espectro no puede ser correcta.

Es, por tanto, una forma sencilla de entender por qué persistentes corrientes que existen en un superconductor intuitivamente? ¿Cuáles son los requisitos necesarios?

Answer 1

Un superconductor conduce la electricidad sin resistencia porque el supercurrent es un colectivo de movimiento de todos los pares de Cooper presente.

En un metal, los electrones más o menos mover independenly. Cada electrón lleva una corriente $-e \textbf{v}(\textbf{k})$ donde $\textbf{k}$ es el impulso y $\textbf{v}(\textbf{k}) = \partial E(\textbf{k})/\partial \textbf{k}$ es el semiclásica de la velocidad. Si un electrón dispersado de impulso $\textbf{k}$ $\textbf{k}'$da un cambio correspondiente en la corriente. Una secuencia de estos procesos puede provocar que la corriente se degradan.

En un superconductor, la historia es totalmente diferente, porque los pares de Cooper son bosones y se condensa. Esto significa que los pares de Cooper se auto-organizan en un no-trivial estado colectivo, que puede ser caracterizado por un parámetro de orden $\langle \Psi(\textbf{x}) \rangle = \sqrt{n} e^{i\theta(\textbf{x})}$ (donde $\Psi$ es el operador de aniquilación de pares de Cooper.) que varía suavemente en el espacio. Desde el operador actual puede ser escrito en términos de $\Psi$ se deduce que los gradientes de $\theta$ dar lugar a corrientes de los condensados: $\textbf{j} = n(\nabla \theta + \textbf{A})$. Todos los de pequeña escala física (tales como la dispersión) se absorbe en el eficaz macroscópica de la dinámica de este parámetro de orden (Landau-Ginzburg teoría).

Uno debe pensar de cada par de Cooper en el sistema de tomar parte en algún tipo de delicado cuántica de la danza, con el efecto neto de un flujo de corriente. Pero este baile es un efecto colectivo y no es tan sensible a la adición o eliminación de un par de pares de Cooper. Por lo tanto, la dispersión de los procesos no afectan a la actual.

Answer 2

Un superconductor se caracteriza por dos propiedades principales:

1. cero resistividad, y
2. el efecto Meissner.

Equivalentemente, estos puede ser dicho de forma más sucinta

1. $E = 0$ (recordar que la resistividad se define como $\frac{E}{j}$), y
2. $B = 0$.

Así que incluso de forma más concisa: los superconductores se caracteriza por la supresión de los campos electromagnéticos!

¿Cuál es la razón intuitiva para esto? Puede entenderse a partir de los fundamentales o microscópica de la propiedad de los superconductores: los superconductores pueden ser descritos en términos de superposiciones de los electrones y los huecos. Tenga en cuenta que estos dos componentes tienen diferentes cargas eléctricas, por lo tanto tal superposición, que sólo puede ser coherente si nada a las parejas a las cargas dentro de un SC! De hecho, si hay un campo electromagnético en el interior de la SC, sería pareja de manera diferente a la de los electrones y hoyos, decohering la superposición y la destrucción de la SC. [Por supuesto, esto no hace plena justicia a la teoría de la superconductividad, ya que este razonamiento no explica por qué tenemos superposiciones de huecos y electrones. Más bien, mi punto es que una vez que partimos de que, las mencionadas es de esperar que intuitiva.]