نظرية النواقل الفائقة

تم تطوير نظرية الناقلية الفائقة في عام 1950 من قبل جون باردين وليون كوبر وجي روبرت شريفر، وحصلوا على جائزة نوبل في عام 1972، وتعرف هذه النظرية باسم نظرية BCS نظرية معقدة ولذلك نلخصها نوعيا فيما يلي:

تعود الخواص الكهربائية في الناقل الطبيعي إلى الإلكترونات الأكثر نشاطا بالقرب من طاقة فيرمي في عام 1956، أظهر كوبر أنه إذا كان هناك أي تفاعل جاذب بين إلكترونين على مستوى فيرمي، يمكن لهذين الإلكترونين أن تشكل حالة مقيدة تكون فيها الطاقة الكلية أقل من 2EF. يعرف هكذا إلكترونين باسم زوج كوبر، ومن الصعب أن نتخيل إلكترونين يجذب الواحد الآخر، لأن لهما نفس الشحنة ويجب أن يتنافرا، ومع ذلك فإن التفاعل المقترح يحدث فقط في سياق الشبكة الذرية.

الناقلية الفائقة

يمكن اعتبار المقاومة الكهربائية كمقياس لقوة الاحتكاك في تدفق التيار الكهربائي، وبالتالي فإن المقاومة الكهربائية هي المصدر الرئيسي لتبديد الطاقة في الأنظمة الكهربائية مثل: المغانط الكهربائية والمحركات الكهربائية وخطوط النقل. يشيع استخدام الأسلاك النحاسية في الأسلاك الكهربائية لأنها تحتوي على واحدة من أصغر المقاومات الكهربائية في درجة حرارة الغرفة بين النوافل الشائعة.

(في الواقع تتمتع الفضة بمقاومة أقل من النحاس، ولكن التكلفة العالية والوفرة المحدودة للفضة تفوق حفظها للطاقة على النحاس).

على الرغم من أن مناقشتنا للناقلية تشير إلى أن جميع المواد يجب أن يكون لها مقاومة كهربائية، فإننا نعرف أن هذا ليس هو الحال، عندما تنخفض درجة الحرارة عن القيمة الحرجة للعديد من المواد، تنخفض مقاومتها الكهربائية إلى الصفر، وتصبح المواد نواقل فائقة.  

-بتصرف-

المصدر: من كتاب الفيزياء الجامعي، المجلد 3، صفحة 492، سموئيل ج لينغ، جيف ساني، وليام موبس.