Cooper-Paare, Supraleitung

[pitti]

Hallo Zusammen,

ich hätte da mal eben eine Frage...

Supraleitung basiert auf dem auftreten von Cooper-Paaren.
Doch warum ist z.B. die Paarbildung zweier Elektronen des Wasserstoffmoleküls kein Cooper Paar und somit supraleitend?

Könnte der Ansatz sein: Austausch bei H2 Molekül mit rellen Teilchen und bei Cooper Paaren erfolgt Wechselwirkung über virtuelle Photonen?

[Frank]

Hallo Zusammen,

ich hätte da mal eben eine Frage...

Supraleitung basiert auf dem auftreten von Cooper-Paaren.
Doch warum ist z.B. die Paarbildung zweier Elektronen des Wasserstoffmoleküls kein Cooper Paar und somit supraleitend?

Könnte der Ansatz sein: Austausch bei H2 Molekül mit rellen Teilchen und bei Cooper Paaren erfolgt Wechselwirkung über virtuelle Phononen?

Oh, ich glaube da muss Tom mal ran........

[seeker]

Ich versuche es einmal:

Die Supraleitung ist ein Effekt in Festkörpern über der Ebene eines einzelnen Atoms oder Moleküls, bis in makroskopische Skalen hinein.
Wichtig ist dabei, dass durch die WW zwischen Elektronen und Festkörpergitter ein kleiner anziehender Effekt zwischen zwei Elektronen generiert wird und so die eigentlich elektrisch abstoßende Kraft zwischen ihnen auf größerer Skala abgeschirmt wird:
Die pos. geladenen Atomrümpfe des Festkörper-Gitters (unterhalb des Leitungsbandes) bewegen sich auf ein durchfliegendes Elektron zu, also auch aufeinander, schwingen aber wegen ihrer Masse nicht so schnell in Ausgangslage zurück wie das Elektron durchfliegt, wodurch an der Stelle kurzzeitig eine erhöhte effektive pos. Ladung entsteht, die das nächste ankommende Elektron nach vorne zieht und das schon durchgeflogene nach hinten, was insgesamt einer Elektron-Elektron Anziehung entspricht. Wenn es kalt genug ist, wird diese Bewegung der Atome im Gitter nicht durch thermische Bewegung (Rauschen) der Atome so überdeckt/verschmiert, dass der Effekt zum Erliegen kommt.
Erst dieser Effekt ermöglicht es, dass sich sog. Cooper-Paare bilden können, die energetisch günstiger als ein reines Elektronengas sind, mit antiparalleler Spinausrichtung, also ganzzahligem Gesamtspin, also bosonisch, also makroskopisch supraleitend.

Ein solcher Effekt kann bei einzelnen Atomen oder Molekülen nicht auftreten, weil dort kein Festkörpergitter vorhanden ist.

[pitti]

Ok ich denke, ich verstehe. Also kurz, weil das Festkörper-Gitter für eine anziehende Kraft zwischen den Elektronen sorgt (~"Austausch von Photonen") und diese nicht im Wasserstoffmolekül existiert, ja?

[tomS]

Wichtiger als der Name ist der spezifische Mechanismus.

Während Elektronen eines einzelnen Atoms durch die positive Kernladung in deren Potential gebunden und somit in der Umgebung des Kerns lokalisiert sind, sind Leitungselektronen im periodischen Potential eines Metalls über den gesamten Festkörper delokalisiert und quasi-frei. Die Rest-Wechselwirkung zwischen je zwei Elektronen in einem Metall ist extrem schwach abstoßend.

Der von Bardeen, Cooper und Schriefer entdeckte Mechanismus zur mikroskopischen Erklärung der Supraleitung führt eine Kopplung der Elektronen an die Gitterschwingungen ein, wobei letztere eine leicht anziehende Wechselwirkung vermitteln, so dass bei genügend niedriger Temperatur ein delokalisierter, gebundener Spin-0 = bosonischer Zustand aus zwei Elektronen resultiert. Diese Paare = Quasiteilchen können „kondensierten“, sie bilden ein Bose-Einstein-Kondensat. Wenn nun ein elektrisches Feld vorliegt, tragen die Quasiteilchen den Strom verlustlos, solange die thermischen Gitterschwingungen im wesentlichen Energien unterhalb der Bindungsenergie des Paares aufweisen und dieses nicht aufbrechen.

All dies trifft für Elektronen in Atomen nicht zu.

[pitti]

Alles klar ich danke euch recht herzlich! Durch die Erläuterungen habe ich es jetzt auf jeden Fall verstanden.

[Hansen]

Zumindest weiß man das man bei der Supraleitung und auch anderen advanced Techie stuff mit immensen Mengen an Energie rechnen muss.

[Skeltek]

Während Elektronen eines einzelnen Atoms durch die positive Kernladung in deren Potential gebunden und somit in der Umgebung des Kerns lokalisiert sind, sind Leitungselektronen im periodischen Potential eines Metalls über den gesamten Festkörper delokalisiert und quasi-frei. Die Rest-Wechselwirkung zwischen je zwei Elektronen in einem Metall ist extrem schwach abstoßend.

Ho, das finde ich etwas irreführend ausgedrückt oder ich verstehe es gerade falsch.
Delokalisiert? Das klingt fast so, als seien die elektronen über den gesammten Leiter verschmiert und hätten eine abartige Ortsunschärfe.
Ich dachte lediglich der Phasenraum flacht völlig ab und verliert jegliche Separatrizen. Ist das nicht etwas anderes als Delokalisation?

[tomS]

Delokalisiert? Das klingt fast so, als seien die elektronen über den gesammten Leiter verschmiert und hätten eine abartige Ortsunschärfe.

Ja, für die Leitungselektronen ist das der Fall.

https://en.m.wikipedia.org/wiki/Bloch_wave

Blochwelle

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