Как протекает ток в сверхпроводниках, если куперовские пары имеют нулевой импульс?

Это отличный вопрос. Один из очень немногих учебников, в котором я действительно говорил об этом, - это «Физика твердого тела: введение в теорию и эксперимент» Ибаха и Люта, глава 10.6. Сверхтоки и критические токи.

Они показывают, что преобразование Галилея, примененное к куперовским парам, изменяет только фазу сверхпроводящего параметра порядка. Поскольку энергия основного состояния БКШ зависит от величины параметра порядка, а не от фазы, это не требует затрат энергии.

Это также означает, что в подходе Гинзбурга-Ландау, когда спонтанно нарушается U(1)-симметрия параметра порядка, галилеева инвариантность также нарушается. Таким образом, конденсат куперовской пары ведет себя как сверхтекучее вещество и «выбирает» инерциальную систему отсчета, в которой он будет стационарным. Эта система отсчета не обязательно привязана к лабораторной системе отсчета.

Для меня это суть сверхпроводимости: тот факт, что основное состояние само по себе может проводить ток. Этот ток не должен рассеиваться, потому что вы не можете отнять энергию у системы, которая уже находится в основном состоянии.

Напомним, что на поверхности Ферми свободного электронного газа полный импульс равен нулю. Как электронный газ может быть проводящим? Ну, когда вы приложите электрическое поле, оно будет ненулевым. Та же история со сверхпроводимостью.

Я знаю, что это старый вопрос, но я не верю, что какой-либо из приведенных выше постов дал правильный ответ (хотя это вам судить). Ключом к этому является различие между каноническим импульсом и физическим импульсом куперовской пары. На приведенном ниже изображении из презентации, которую я провел, показан канонический импульс (это было из теории Лондона, а не из теории БКШ, поэтому заряд равен e, а не 2e, но основной принцип остается прежним). Если мы установим канонический импульс равным нулю, то мы можем связать импульс пары с векторным потенциалом, а затем написать выражение для плотности тока.

Это интересный вопрос. Я думаю, что два приведенных выше ответа уже дали то, что вы хотите понять.

Однако здесь я предлагаю новый вопрос: может ли куперовская пара нести сверхток, когда их суммарный импульс точно равен нулю? (Обратите внимание, что в приведенном выше обсуждении сверхток возникает, когда куперовская пара несет конечный импульс.)

Я верю, что это возможно. Почему? Потому что ток определяется скоростью, а не импульсом. Это видно из того, что оператор тока всегда определяется оператором скорости. Следовательно, нам нужно только искать пару Купера с конечной скоростью, но нулевым импульсом, что можно изобразить в виде следующей картины.

Левая панель — это обычный случай, когда нижняя часть ленты находится на$k=0$, так что текущее несущее состояние требует, чтобы куперовская пара обладала конечным импульсом,$k_{cp}>0$. Давайте теперь исследуем правую панель, где дно полосы имеет конечный импульс,$k<0$например. Тогда, когда импульс куперовской пары$k_{cp}=0$, они фактически вносят конечный сверхток. Эти две картины отличаются только импульсом куперовской пары, которые одинаковы по скорости куперовской пары! В этом смысле импульс кажется ненаблюдаемым, по крайней мере, по течению.

Приведенный выше аргумент основан на игрушечной модели. Есть ли какой-либо реальный материал, который может обеспечить правильный корпус панели? Я считаю, что это осуществимо. Кристаллическая решетка может обеспечивать различную зонную структуру, что приводит к различной деформации зонной структуры. Когда основное состояние сверхпроводника нарушает инверсную симметрию, возникает сверхток с нулевым импульсом куперовской пары.

Причина продолжающегося течения очень проста: у куперовских пар нет выбора. Сопротивления нет, и магнитное поле тока действует как масса в механике. Ток в круглом сверхпроводнике просто «идет». Настоящий вопрос (который не так уж и прост) заключается в том, как в первую очередь запустить какой-то ток? Я думаю, что у Марада есть подходящий ответ. Тот факт, что неправильный ответ получил наибольшую оценку, показывает ограниченность этого демократического форума. Истина и факты не могут быть найдены голосованием.