No puedo obtener una explicación definitiva de por qué ocurre la superconductividad y recibo explicaciones mixtas de mis libros de texto. Te diré lo que sé y espero que puedas corregir cualquier malentendido que tenga:
Un metal consiste en una red iónica porque los electrones en la banda de valencia han 'saltado' a la banda de conducción
Cuando se aplica una diferencia de potencial a través de un conductor, los electrones se moverán hacia el potencial positivo, pero la red se distorsionará a medida que los iones sean atraídos por los electrones.
Esto crea una región que tiene carga positiva densa. Los electrones serían atraídos hacia esta región. Sin embargo, los electrones se repelen entre sí y no quieren estar cerca unos de otros, además, el principio de exclusión de Wolfgang Pauli establece que dos fermiones no pueden ocupar el mismo estado cuántico, por lo que cada dos electrones deben combinarse y formar un condensado de Bose Einstein como bosones. puede ocupar el mismo estado cuántico.
Los pares de Cooper surgen debido al intercambio de fonones. Los fonones son una colección de excitaciones de átomos o moléculas. Los átomos o moléculas tienen que estar vibrando en algún modo colectivo.
El enlace entre dos electrones en un bosón es muy débil, 10^-3 eV. Por lo tanto, la temperatura del metal debe ser de 10 Kelvin para que existan los pares de cobre (usando E=kT donde k es 10^-4 eV).
Los bosones no interactúan con la materia, por lo tanto, no se ven obstaculizados por la red.
Hay tres cosas que no entiendo de esta explicación:
Principio de Pauli.
Por qué los bosones pueden estar en el mismo estado de energía y los fermiones no.
fonones.
1) El principio de exclusión de Pauli dice que 0 o 1 fermión idéntico, pero no más, puede ocupar el mismo estado cuántico. Se ha inducido originalmente a partir de las propiedades de los átomos (tabla periódica). Hoy, podemos derivarlo del primer principio de las funciones de onda antisimétricas para muchos fermiones, los que obedecen
2) Los fermiones son partículas que obedecen a este principio, los bosones son las que no. A nivel de funciones de onda, los bosones se diferencian porque su función de onda es simétrica, no antisimétrica (la misma identidad que la anterior pero sin el signo menos) o porque se crean conmutando ( ) y no campos anticonmutación. Pauli ha vinculado las "estadísticas", ya sea que algo sea un bosón o un fermión, a que tenga un giro de valor entero o medio entero, respectivamente.
3) Los fonones son cuantos de sonido (las ondas que salen de tu teléfono) en el mismo sentido que los fotones son cuantos de luz. En sólidos, cristales, etc., los átomos pueden vibrar y las vibraciones de algún grupo local de átomos (incluidos los núcleos) se describen mediante un oscilador armónico. Sin embargo, todo en el mundo obedece a postulados de la mecánica cuántica. Para los osciladores armónicos, significa que la energía almacenada en estas vibraciones es un múltiplo de dónde es la constante de Planck y es la frecuencia. Si bien los paquetes son indivisibles, sigue siendo cierto que una onda compuesta por una gran cantidad de fotones no es más que una onda de sonido en el sólido. (Los fonones requieren el entorno de un sólido; los fotones existen incluso en el vacío).
Al igual que los fotones pueden interpretarse como los "mensajeros" de la fuerza electromagnética, los fonones son "mensajeros" de otra fuerza. La fuerza eléctrica repele las cargas del mismo signo, debido al giro impar del fotón. Los fonones tienen un espín uniforme (cero), por lo que atraen cargas del mismo signo. La leve atracción entre dos electrones es lo que produce los pares de Cooper, una especie de objetos análogos a los átomos (estados ligados) en superconductividad, entre otras cosas.
Juan Rennie