Pareja de cooper

Un par de Cooper es un estado ligado de dos electrones  que interactúan a través de un fonón . Tiene espín cero y una carga igual al doble de la carga de un electrón. Por primera vez, tal estado fue descrito por Leon Cooper en 1956, quien consideró solo un problema simplificado de dos partículas. Los pares de electrones correlacionados son los responsables del fenómeno de la superconductividad . [2]

Modelo de atracción electrón-electrón de polarización

Para simplificar, consideremos una red cristalina cúbica simple con un período que consta de iones univalentes cargados positivamente con una masa y un electrón que se mueven a la velocidad de Fermi a lo largo de cualquier eje de simetría (Fig. 1). Además, consideraremos la interacción en Cuando un electrón vuela entre los iones más cercanos a él, estos, a su vez, adquieren impulso en la dirección perpendicular al movimiento del electrón:

Bajo la acción de este pulso, los iones se desplazan como se muestra en la Fig. 1. En este caso, la energía cinética que adquiere el ion durante la interacción se convierte en potencial. Por lo tanto, un electrón en movimiento es seguido por un área de exceso de carga positiva, lo que crea un potencial negativo (atractivo) para otro electrón (Fig. 2a). Cuando otro electrón ingresa al pozo de potencial formado, su energía potencial disminuye y surgen fuerzas de atracción entre el par de electrones. En este caso, la atracción surge solo cuando los electrones se mueven en diferentes direcciones (Fig. 2b). Además, para la formación de un par de Cooper, los espines de los electrones deben ser opuestos (antiparalelos).

La interacción considerada tiene un carácter unidimensional. Se sabe por la mecánica cuántica que en el caso unidimensional (y también en el bidimensional), siempre se forma un estado ligado en el pozo de potencial (en el caso tridimensional, el pozo de potencial debe ser lo suficientemente profundo para formar un estado ligado). Por lo tanto, la interacción electrón-ión (interacción electrón-fonón ) siempre conduce a la formación de un estado correlacionado de un par de electrones, llamado par de Cooper . Dado que el giro de cada par es cero, los pares pueden considerarse aproximadamente partículas de Bose , capaces de formar un condensado de Bose . En este caso, para romper un par de Cooper, es necesario gastar bastante energía, ya que dicha ruptura va acompañada de un cambio en las energías de todos los demás pares, cuyo número es macroscópicamente grande. Esta circunstancia se debe a la acción del principio de Pauli para los electrones que forman pares: dos electrones que pertenecían a un par roto bloquean dos estados en el espacio de momento, que ya no contribuyen a la formación de los pares restantes. Por esta razón, existe una brecha en el espectro de excitación del sistema, lo que da lugar al fenómeno de la superconductividad.

Para explicar completamente el apareamiento de electrones, es necesario utilizar el aparato de la mecánica cuántica .

Véase también

• Superconductividad
• Teoría BCS

Enlaces

• Superconductividad Ginzburg VL: anteayer, ayer, hoy, mañana. - tomo 170. - 2000. - S. 619-630 [1]
• Shmidt VV Introducción a la física de los superconductores. — M.: URSS, 2000.

1. ↑ Cooper, Leon N. Pares de electrones enlazados en un gas de Fermi degenerado  // Physical Review  : revista  . - 1956. - vol. 104 , núm. 4 . - P. 1189-1190 . -doi : 10.1103 / PhysRev.104.1189 . - .
2. ↑ Cooper, 1956 .

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