КУПЕРА ЭФФЕКТ

КУПЕРА ЭФФЕКТ

       

объединение эл-нов проводимости в металле в пары (куперовские пары), приводящее к появлению сверхпроводимости; предсказан в 1956 амер. физиком Л. Купером (L. Cooper). К. э. лежит в основе совр. теории сверхпроводимости. Без учёта К. э. в осн. состоянии металла (при темп-ре Т®0 К) эл-ны заполняют в пр-ве импульсов объём, ограниченный Ферми поверхностью. Распределение по импульсам таково, что в металле имеются электроны с равными и противоположно направленными импульсами. Согласно Куперу, эл-ны, находящиеся вблизи поверхности Ферми и имеющие противоположно направленные импульсы и спины, могут объединяться в пары благодаря вз-ствию через решётку, к-рое возникает в результате обмена виртуальными фононами и имеет хар-р притяжения. Куперовские пары имеют целочисленный (нулевой) спин, т. е. явл. бозе-частицами (бозонами). Система куперовских пар обладает поэтому сверхтекучестью, к-рая для заряж. ч-ц проявляется как сверхпроводимость.

Малая величина энергии связи эл-нов куперовской пары обусловливает существование низкотемпературной сверхпроводимости металлов, их соединений и сплавов (примерно до 20 К).

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983.

КУПЕРА ЭФФЕКТ

- образование связанных пар частиц в вырожденной системе фермионов пpи наличии сколь угодно слабого притяжения между ними. Решая Шредингера уравнение для двух частиц вырожденного ферми-газа (газа электронов), Л. Купер (L. Cooper, 1956) показал, что слабое притяжение между ними приводит к т. н. спариванию частиц, находящихся вблизи ферми-поверхности, т. е. к образованию связанных состояний двух частиц.

К. э. представляет собой основу микроскопич. теории сверхпроводимости (см. Бардина - Купера - Шриффера модель). В идеальном ферми-газе сверхпроводимость (т. е. свертекучесть системы заряж. частиц) невозможна; для появления сверхпроводимости необходимо, чтобы в энергетич. спектре фермиевских возбуждений над осн. состоянием возникла конечная энергетич. щель. Куперовское спаривание частиц с конечной энергией связи и приводит к формированию такой щели. Тем самым для ферми-систем со спариванием удовлетворяется критерий сверхтекучести Ландау.

В результате К. э. любая вырожденная ферми-система с притяжением между частицами должна обладать свойством сверхпроводимости (сверхтекучести). В реальных металлах взаимодействие между электронами складывается из экранированного (на больших расстояниях) кулоновского отталкивания и притяжения, вызванного возможностью обмена виртуальными фонолами и обусловленного поляризацией кристалла вокруг электронов [X. Фрёлих (Н. Frohlich), 1952]. Соотношение этих типов взаимодействия и определяет возможность сверхпроводимости в металле.

Для возникновения куперовского спаривания достаточно, чтобы в разложении в полином Лежандра амплитуды рассеяния фермионов друг на друге хотя бы один член разложения оказался отрицательным (притяжение на соответствующей гармонике). Куперовские пары обладают орбитальным моментом, равным номеру этой гармоники. Как правило, энергия связи пар и, соответственно, темп-pa сверхпроводящего перехода быстро убывают с ростом орбитального момента. Поэтому спаривание осуществляется с наименьшим допустимым значением момента. Суммарный спин пары равен нулю при чётном орбитальном моменте и единице при нечётном (т. е. пары являются бозонами). В большинстве известных сверхпроводников куперовские пары обладают нулевым орбитальным моментом (о существовании т. н. d -волновой сверхпроводимости см. Органические сверхпроводники). Интересным примером ферми-жидкости, в к-рой орбитальный момент пары равен единице, является сверхтекучий ³ Не. Обычно в осн. состоянии сверхтекучей системы импульс пары равен нулю, т. е. пары образуются из квазичастиц с противоположно направленными и равными между собой по абс. величине импульсами. Однако возможны и системы с ненулевым суммарным импульсом пары, что означало бы пространственную неоднородность сверхтекучей системы в осн. состоянии (см. Гелий жидкий).

Лит. см. в ст. Бардина - Купера - Шриффера модель.

А. Э. Мейерович.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.