超伝導状態の物質で、クーパー対というものができると本で読んだのですが、
疑問が解消されないので質問させてください。
クーパー対は運動量がkと-kの電子の対だそうですが、
超伝導状態の物質で電流が流れるということは、この電子対が
移動しているということですよね?
運動量がkと-kの対ということは、この
二つの電子は正反対の向きに運動しているということになり、
トータルで考えると電流は流れないような気がするのですが、
私はなにか勘違いをしているのでしょうか??
それとも、運動量がkと-kだからといって電子の運動する向きが
逆かどうかはわからないということでしょうか。
よろしくお願いします。
No.2
- 回答日時:
クーパー対は、2つの互いに逆向きに走ってきた電子が、数psほどの僅かな時間相互作用を及ぼしあう現象です。
クーパー対を形成した後、走り去った電子はその先でまた別の電子と対を成していきます。
ですので、見かけ上クーパー対の重心が移動しているように見えるのです。
(電子の数は10^23個といった莫大な数ですので、ほぼ連続的に対をなします。)
お礼が大変遅くなり、すみません!
詳しく教えてくださってありがとうございます!
瞬間的に形成される電子の対、ということなのですね。
運動の向きが逆なので、対のはずなのにどんどん
離れていくという解釈になり違和感を覚えておりました。
クーパー対の数は、その物質中の自由電子数のうちのごく一部
だとも聞いたことがあるのですが、そうなのですか?
(質問を重ねてしまってすみません)
No.3
- 回答日時:
そうです。
3次元の固体中の自由電子の状態密度は、エネルギーの1/2乗に比例します。これにフェルミ分布関数をかけたものが実際の電子が存在するエネルギー帯を表します。ここで、超伝導は十分低温でみられるので、電子の存在できるエネルギーはほぼフェルミエネルギーまでです。
クーパー対は、このフェルミエネルギー近傍に開いた狭いエネルギーギャップの中にある電子のみがなすものであるので、自由電子全体で考えたらごく一部になります。
詳しいご回答をいただき、ありがとうございます。
おっしゃっている意味は、このような理解であってますでしょうか?つまり・・↓
「超伝導になる温度での自由電子の数は、それ以上の温度のときよりも少ない
↓
超伝導状態の時にわずかにフェルミ面から出ている電子がそれ同士で
クーパー対を作っているから、常温の時の自由電子の数に比べたら数はとても少ない」
ということでよろしいのでしょうか。
それとも、超伝導状態でもクーパー対になってない電子が自由電子のうち
結構な数いるということですか?
長々としつこく質問してしまいすみません。
ご回答をいただければ幸いです。
どうぞよろしくお願いいたします。
No.4ベストアンサー
- 回答日時:
電荷保存則により、相転移前後での自由電子の数は不変です。
これとBCS近似により、超電導状態のときの状態密度Ns(E)=N(0) Re{E/√(E^2-Δ(E)^2)}が導かれます。エネルギーEはフェルミエネルギーを0としたもの、N(0)は常伝導状態のときのフェルミエネルギーのときの状態密度です。(フェルミエネルギーとギャップエネルギーΔ(E)のスケールが違うため、N(0)としている。)
エネルギーギャップが開く際、ギャップエネルギーの上下に状態密度が集中します。
結果的に、自由電子の状態数も保存されます。
クーパー対は、フェルミ粒子である自由電子が相互作用したフォノン媒介のボーズ粒子です。ギャップ近傍の上部と下部にある自由電子が対をなすというイメージです。対をなしたり離れたりするので、自由電子がフェルミ粒子⇔ボーズ粒子の間を行き来します。超伝導では、対をなしていない自由電子を準粒子と呼び、自由電子=2×クーパー対+準粒子のようなイメージです。対をなしたあとは速やかに準粒子に戻る必要があるので、準粒子の状態数は自由電子全体の状態数と同じである必要があります。
No.5
- 回答日時:
すみません、混乱させてしまうので、補足です。
>超電導状態のときの状態密度Ns(E)=N(0) Re{E/√(E^2-Δ(E)^2)}
これは準粒子の状態密度です。
No.6
- 回答日時:
すみません、もう一個。
>結果的に、自由電子の状態数も保存されます。
これはBCS近似を行っているので、厳密ではありませんが成り立ちます。
詳しく教えてくださって、ありがとうございます!
自分が今あまり理解していなくて、かつとても興味をもっているところが、
まさしくご回答いただいたところだということがよく分かりました。
通常は数式等で書かれている内容についてわかりやすく正確に言葉で
教えてくださり、ありがとうございます。とても参考になりました。
ご回答いただいたことをふまえて本を読んでみようと思います。
プロフィール拝見しました。
物理屋さんでいらっしゃるのですね。
またいつか物理に関する質問をまた上げさせていただくことがあるかと思いますが、
その時はどうぞよろしくお願いいたします。
重ね重ねの質問にご回答いただき、ありがとうございました。
お探しのQ&Aが見つからない時は、教えて!gooで質問しましょう!
似たような質問が見つかりました
- 物理学 物理の問題 3 2022/12/21 22:56
- 物理学 対消滅について,大学の物理者(教授,准教授)の方に,教えてgooです 2 2022/07/27 21:51
- 物理学 物理で電子が円運動をする時に 流れる電流と同じ向きに円運動するんですか? 11 2022/09/07 20:42
- 物理学 対消滅(その2)について,大学の物理者(教授,准教授)の方に,教えてgooです 3 2022/07/28 09:58
- 物理学 写真の問題についてですが、導体棒がいずれ等速運動をする理由について、 「導体棒はF=IBLより(左手 1 2023/02/22 20:27
- 物理学 参考書にこのようなことが書いてありました。 粒子のエネルギーをE、確率波の振動数をv、波長をλ、運動 2 2023/03/05 19:45
- その他(自然科学) 電磁波の周波数と熱について教えて下さい。 電磁波の波長とエネルギーについて、雑学として興味があります 6 2022/04/18 20:00
- 物理学 『四次元温度』 2 2022/05/09 11:07
- 大学・短大 電気電子の問題です。この問題が分からないので教えて頂きたいです 幅2mm、長さ5mm、厚さ0.2mm 1 2023/06/21 22:24
- 物理学 物体の時間は量子のスピン等の速度と比例するのですか?! 原子時計って原子の電波を内部のデジタル回路で 5 2023/01/01 15:52
このQ&Aを見た人はこんなQ&Aも見ています
おすすめ情報
このQ&Aを見た人がよく見るQ&A
デイリーランキングこのカテゴリの人気デイリーQ&Aランキング
-
原子内の電子について.2
-
フェルミエネルギー
-
ラザフォードの実験について
-
反粒子は時間を逆行する正粒子...
-
磁力線と光子
-
量子消しゴム実験
-
二重スリットの実験について
-
場の量子論での説明で周波数と...
-
素粒子がなぜ生まれたのか分か...
-
光(電磁波)のエネルギーはE=h...
-
量子力学的に光子のスピンは何...
-
高校物理で陽子や中性子はさら...
-
スピンとパリティについて・・・
-
統計力学のある問題で分配関数...
-
状態関数って何ですか?
-
時間は過去から未来に流れるの...
-
スピンヘリシティとスピンカイ...
-
フェルトディスクに使う研磨剤...
-
光はトンネル効果で壁をすり抜...
-
コペンハーゲン解釈について
マンスリーランキングこのカテゴリの人気マンスリーQ&Aランキング
-
フェルミエネルギー
-
ヒッグス場の選択
-
量子テレポーテーション
-
ダイラタンシー現象と液状化現...
-
ラザフォードの実験について
-
酢酸ビニルの乳化重合について。
-
量子力学的に光子のスピンは何...
-
この世に、完全な球体は存在し...
-
粉体の混ぜ方
-
スピンとパリティについて・・・
-
電子は横波ですか?縦波ですか?
-
どうして重力子は見つからないの?
-
波動関数の2乗 |ψ|^2 の次元
-
波動関数の二乗は確率か確率密度か
-
一軸プレス圧粉体の圧力分布の...
-
時間は過去から未来に流れるの...
-
タイムマシンを発明しました。...
-
不確定性原理と決定論(ラプラ...
-
反粒子は時間を逆行する正粒子...
-
フェルトディスクに使う研磨剤...
おすすめ情報