Si podemos describir la conductividad de los materiales con bandas de energía, ¿cómo son las estructuras de bandas de los superconductores?

¿Cómo se ve la estructura de banda de un superconductor?

En un superconductor, la densidad cuasi-partícula de estados o DOS (que es más o menos la misma que la estructura de la banda) depende de la temperatura. En el estado normal, la densidad de estados es continua alrededor de la superficie de Fermi ([math] E_F [/ math]). El DOS es idéntico al DOS de un metal.

Sin embargo, a medida que baja la temperatura más allá de la temperatura de transición superconductora, la forma del DOS cambia. Un hueco abre el nivel de Fermi y se forma un pico agudo a cada lado del hueco. Estos picos se deben a la disminución de la energía de cuasi partículas de los electrones en la superficie de Fermi a medida que comienzan a emparejarse, formando lo que se llama un par de Cooper. Además, el tamaño del espacio aumenta a medida que baja la temperatura.

[La imagen de la derecha muestra la formación de las singularidades en el DOS a medida que bajamos la temperatura más allá de la temperatura de transición superconductora]

¿Cómo se relaciona este cambio en el DOS con la resistividad cero del superconductor?

A medida que se forman más pares de Cooper, cambia la naturaleza cuántica de los estados de cuasi partículas alrededor de la superficie de Fermi. En el estado normal, uno puede pensar en la esfera de Fermi como una nube de cuasipartículas en el espacio recíproco, aunque esta analogía de la nube no es cierta para los estados en la superficie cuando el metal está en el estado superconductor.

En el estado superconductor, los electrones en la superficie forman pares de Cooper. Es la formación de estos pares de Cooper la responsable de la apertura de la brecha y el pico de DOS justo debajo de la brecha superconductora. Puede igualar la apertura del hueco con la formación de la carcasa del par Cooper. Tenga en cuenta que la forma de la esfera de Fermi no cambia (es la energía de cuasi partículas de sus electrones constituyentes la que se reduce).

Esta capa de par de Cooper en la superficie de Fermi puede considerarse un estado cuántico coherente macroscópico. Cuando este caparazón se desplaza en el espacio k, es decir, gana un impulso neto y crea una corriente eléctrica, puede permanecer en este estado para siempre, ya que es tan masivo que no se puede perder el impulso a través de procesos de dispersión de cuasi partículas elásticos o inelásticos individuales.

Eso es más o menos eso.

Puede encontrar una explicación más detallada de la relación entre los pares de Cooper y la resistividad cero en la respuesta del usuario de Quora a ¿Cómo el mecanismo de emparejamiento de Cooper da lugar a una resistencia eléctrica cero?