Pares Cooper

El comportamiento de los superconductores sugiere que los pares de electrones están acoplados en un rango de cientos de nanómetros, tres órdenes de magnitud mayor que el espaciamiento de la red de celosía. Estos electrones acoplados llamados pares Cooper, pueden tomar el caracter de un bosón y condensarse en el estado fundamental.

Esta condensación del par, es la base de la teoría BCS de la superconductividad. La atracción neta efectiva entre los electrones normalmente repulsivos, produce una energía de enlace del par, del orden de milielectrón-voltio, suficiente para mantenerlo emparejado a temperaturas extremadamente bajas.

Mayor EstudioModelo del Mecanismo de Atracción
Índice

Conceptos de Superconductividad

Referencia Rohlf, Cap. 15
 
HyperPhysics*****Materia CondensadaM Olmo R Nave
Atrás





Pares Cooper

La transición de un metal desde el estado normal al de superconductor, tiene la naturaleza de una condensación de electrones, en un estado que deja una banda prohibida por encima de ellos. Este tipo de condensación se ve con el helio superfluido, pero el helio está compuesto de bosones, sin embargo, múltiples electrones no pueden acumularse en un simple estado debido al principio de exclusión de Pauli. Froehlich fué el primero en sugerir que los electrones actúan como pares acoplados por las vibraciones de red del material. Este acoplamiento es visto como un intercambio de fonones, siendo los fonones los cuantos de energía vibracional de red. El efecto isótopo sobre la temperatura de transición a superconducción, proporcionó una corroboración experimental de la interacción con la red cristalina. El comportamiento de bosón de tales pares de electrones fué investigado con mayor amplitud por Cooper, y por ello recibió el nombre de "pares Cooper". La condensación de los pares Cooper, es el fundamento de la teoría BCS de la superconductividad.

Diagrama de ResistenciaDiagrama de Fase
Índice

Conceptos de Superconductividad

Referencia Rohlf, Cap. 15
 
HyperPhysics*****Materia CondensadaM Olmo R Nave
Atrás





El pase de un electrón atrae a la red, originando una ligera ondulación en dirección a su recorrido.

Un modelo de atracción del par Cooper

Otro electrón pasando en la dirección opuesta es atraido hacia ese desplazamiento.
Mayor Estudio del Mecanismo
Índice

Conceptos de Superconductividad

Referencia Rohlf, Cap. 15
 
HyperPhysics*****Materia CondensadaM Olmo R Nave
Atrás





Modelo de Atracción del Par




Un modelo visual de la atracción del par Cooper tiene un electrón que pasa, que atrae a la red, causando una leve onda en dirección a su recorrido. Otro electrón pasando en la dirección opuesta es atraído hacia ese desplazamiento. Esto constituye un acoplamiento entre electrones que puede ser representado en un diagrama de Feynman.
Aunque esa interacción es extraña, está experimentalmente sustentada por el efecto isótopo, y la evidencia de una condensación a un estado como de bosón a la temperatura crítica de la superconductividad.

Índice

Conceptos de Superconductividad

Referencia Rohlf, Cap. 15
 
HyperPhysics*****Materia CondensadaM Olmo R Nave
Atrás





Efecto Isótopo, Mercurio

Si la conducción eléctrica en el mercurio fuera puramente electrónica, no debería haber ninguna dependencia de las masas nucleares. Esta dependencia de la temperatura crítica para la superconductividad, de la masa isotópica, fue la primera evidencia directa de interacción entre los electrones y la red. Esto apoya la teoría BCS, sobre el acoplamiento de la red cristalina con los pares de electrones.

Es muy notable que un fenómeno eléctrico como la transición a la resistividad cero, implicara a una propiedad puramente mecánica de la red. Puesto que un cambio en la temperatura crítica implica un cambio en el entorno de energía asociada con la transición superconductora, esto sugiere que parte de la energía está siendo utilizado para mover los átomos de la red, ya que la energía depende de la masa de la red cristalina. Esto indica que las vibraciones de la red son una parte del proceso de superconducción. Esta fue una clave importante en el proceso de desarrollo de la teoría BCS, ya que sugiere acoplamiento de red, y en el tratamiento cuántico sugerido estuvieron involucrados los fonones.

Índice

Conceptos de Superconductividad

Referencia Rohlf, Cap. 15
 
HyperPhysics*****Materia CondensadaM Olmo R Nave
Atrás