库珀对

更新时间:2022-08-25 17:49

库珀对是美国物理学家 Leon Cooper于1956年首次提出的描述在低温下一对电子(或其他费米子)以某一方式束缚在一起的理论。在低温超导体中,电子并不是单个地进行运动,而是以弱耦合形式形成配对,一般称之为库珀对.形成库珀对的两个电子,一个自旋向上,另一个自旋向下。

定义

金属中的两个电子之间存在着通过交换声子而发生的吸引作用。由于这种吸引作用,费米面附近的电子两两结合形成所谓的“库珀对”。“库珀对”的形成使电子气的能量下降到低于正常费米-狄拉克分布时的能量,使得在连续的能带态以下出现一个单独的能级。这个单独能级与连续能级之间的间隔就叫做超导体的能隙。而今,库珀对理论被用于超导和解释BCS理论中,起着巨大的作用。

理论解释

即使库珀对是一个量子效应,但是其成对的原因可以用一个简单的模型来解释。金属中的电子可以看作自由粒子,电子与电子之间存在库伦排斥作用,但是与组成晶格的阳离子之间存在着吸引力,这个吸引力会使晶格发生畸变,阳离子轻微地靠近电子,从而增加了附近晶格的正电荷密度。而这些正电荷则会吸引其他电子。长距离下,这些电子与阳离子的吸引力会克服电子间的排斥力而配对。

严格的量子力学的解释表明这种效应是由于电子-声子耦合,声子正是这些带正电荷的晶格的基体运动。

补充

库珀对的能量很弱,在量级,热能能够很容易的打破库珀对。所以,只有在低温下库珀对才能稳定存在。

库珀对中的电子未必是紧紧地在一起,而是一种长程的配对,配对的电子可能相距几百纳米。

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