Сверхпроводимость — это явление, при котором проводник теряет электрическое сопротивление и может проявлять магнитные свойства, такие как эффект пустоты (или исключение магнитного поля). Это явление обычно наблюдается при очень низких температурах, когда тепловые флуктуации молекул в материале становятся минимальными.

Механизм возникновения сверхпроводимости

Сверхпроводимость объясняется с помощью теории БКШ (Бardeen-Cooper-Schrieffer), которая была предложена в 1957 году. Согласно этой теории, при низких температурах электроны в материале начинают образовывать пары, называемые куперовскими парами. Эти пары образуются за счет взаимодействия между ними через решетку атомов проводника. Когда один электрон движется, он искажает решетку, создавая фонон (колебание решетки), который может привлечь второго электрона. Эти пары имеют противоположные спины и импульсы, что позволяет им вести себя как часть с низкой энергией.

Энергетическая щель

Теория БКШ объясняет появление энергетической щели следующим образом:

Когда электроны образуют куперовские пары, они образуют коллективное состояние, которое отличается от состояния одиночных электронов. Это состояние имеет низкую энергию, и для его разрушения требуется затратить определенное количество энергии.Энергетическая щель — это разница между энергией состояния куперовской пары и энергией одиночного электрона. Эта щель защищает пары от возбуждений, которые могли бы разорвать их; в результате при температурах ниже критической сверхпроводимость сохраняется.Когда температура поднимается, тепловая энергия становится достаточной для того, чтобы разрушить куперовские пары, и сверхпроводимость исчезает.

Таким образом, теория БКШ эффективно объясняет, как взаимодействие между электронами и решеткой приводит к образованию куперовских пар и созданию энергетической щели, что и является основой для возникновения сверхпроводимости.