¿Cómo fluye la corriente en los superconductores si los pares de Cooper tienen impulso cero?

Esta es una excelente pregunta. Uno de los pocos libros de texto que encontré hablando de eso es "Física del estado sólido: una introducción a la teoría y el experimento" de Ibach y Lüth, capítulo 10.6. Supercorrientes y Corrientes Críticas.

Muestran que una transformación de Galileo aplicada a los pares de Cooper solo cambia la fase del parámetro de orden superconductor. Dado que la energía del estado fundamental de BCS depende de la magnitud del parámetro de orden y no de la fase, esto no cuesta energía.

Esto también significa que, en el enfoque de Ginzburg-Landau, cuando la simetría U(1) del parámetro de orden se rompe espontáneamente, la invariancia de Galileo también se rompe. Entonces, en efecto, el condensado del par de Cooper se comporta como un superfluido y "elige" el marco de referencia inercial en el que permanecer estacionario. Este marco de referencia no está necesariamente fijado al marco de referencia del laboratorio.

Para mí, esta es la esencia de la superconductividad: el hecho de que el estado fundamental en sí mismo pueda transportar corriente. Esta corriente tiene que ser sin disipación, porque no se le puede quitar energía a un sistema que ya está en su estado fundamental.

Recuerde que en la superficie de Fermi del gas de electrones libres, el momento total es cero. ¿Cómo puede el gas de electrones ser conductor? Bueno, cuando aplicas el campo eléctrico, será distinto de cero. La historia es la misma para la superconductividad.

Sé que esta es una vieja pregunta, pero no creo que ninguna de las publicaciones anteriores haya proporcionado la respuesta correcta (aunque eso es para que lo juzgues). La clave de esto es la diferencia entre el momento canónico y el momento físico del par de Cooper. La siguiente imagen de una presentación que di muestra el momento canónico (esto fue de la teoría de London, no BCS, por eso la carga es e no 2e , pero el principio básico sigue siendo el mismo). Si establecemos el momento canónico en cero, entonces podemos relacionar el momento del par con el vector potencial y luego escribir una expresión para la densidad de corriente.

Esta es una pregunta interesante. Creo que las dos respuestas anteriores ya han proporcionado lo que quieres entender.

Sin embargo, aquí propongo una nueva pregunta: ¿es posible que el par de Cooper lleve una supercorriente cuando su momento total es exactamente cero? (Tenga en cuenta que en la discusión anterior, la supercorriente ocurre cuando el par de Cooper tiene un impulso finito).

Creo que es posible. ¿Por qué? Porque la corriente está determinada por la velocidad, no por el impulso. Esto se puede ver en que el operador actual siempre está definido por el operador de velocidad. Por lo tanto, solo necesitamos buscar el par de Cooper con velocidad finita pero impulso cero, que se puede esbozar como la siguiente imagen.

El panel izquierdo es el caso habitual, donde la parte inferior de la banda se encuentra en$k=0$, de modo que el estado de carga actual necesita que el par de Cooper posea un impulso finito,$k_{cp}>0$. Ahora investiguemos el panel derecho, donde la parte inferior de la banda tiene un impulso finito,$k<0$Por ejemplo. Luego, cuando el impulso del par Cooper$k_{cp}=0$, en realidad contribuyen con una supercorriente finita. ¡Las dos imágenes son diferentes solo en el momento del par de Cooper, que son iguales en la velocidad del par de Cooper! En este sentido, el impulso parece inobservable, al menos por la corriente.

El argumento anterior se basa en el modelo de juguete. ¿Hay algún material real que pueda lograr la caja del panel correcta? Yo creo que es factible. La red cristalina puede proporcionar una estructura de banda diferente, lo que conduce a una deformación diferente de la estructura de la banda. Cuando el estado fundamental del superconductor rompe la simetría inversa, se produce una supercorriente con un momento de par de Cooper cero.

La razón del flujo continuo es muy simple: los pares de cobre no tienen otra opción. No hay resistencia y el campo magnético de la corriente actúa como masa en mecánica. La corriente en un superconductor circular simplemente "continúa". La verdadera pregunta (que no es tan fácil) es, ¿cómo inicias algo de corriente en primer lugar? Creo que marad tiene la respuesta adecuada. El hecho de que la respuesta incorrecta de Luming obtuviera la mayor apreciación muestra las limitaciones de este foro democrático. La verdad y los hechos no se pueden encontrar por votación.