超導

庫珀對

/ KOO-per pair /

電子都帶同一種電荷,所以它們通常彼此推開——要讓兩個電子結成夥伴,聽上去根本不可能。可是在冷金屬內部,發生了一件溫和的事。當一個電子高速掠過時,會把沉重的帶正電的原子稍稍拽向自己,在身後留下一道淡淡的、略偏正電的尾跡,而第二個電子就被吸向這條溫熱的尾流。靠這種間接的吸引,兩個本來相斥的電子,竟然也能結合在一起。

庫珀對正是這樣一對被束縛在一起的電子,它們靠自身在周圍原子點陣中造成的形變鬆鬆地牽在一起。這兩個夥伴不必靠得很近;它們之間可能隔著成千上萬個別的電子,靠的是一種共同的運動節奏相連。最關鍵的轉折在於,一個對的行為不再像單個電子,而像一個單一的複合粒子,遵循另一套量子規則,從而允許海量的對擠進同一個集體狀態裡。

它之所以重要,是因為這個共享的狀態正是超導的核心:當所有的對齊步同行時,任何單獨的散射事件都無法讓這股流動停下,於是電阻消失了。一個經典的誤解是把它想像成兩個電子像分子那樣緊緊並排鎖在一起。實際上這種束縛極其微弱、又鋪得很開,正因如此,哪怕不大的熱量也能把對搖散,讓材料退回成普通金屬。

在簡單的超導體裡,一對庫珀對中的兩個電子常常相距數百奈米——遠到在同一片空間裡有上百萬個別的對彼此交疊,全都共享同一個同步的量子狀態。

庫珀對中的兩個電子是遠距離相連的,並非並排黏在一起。

單個電子是費米子,不能與別的電子共享同一個量子狀態;可是兩個電子結成庫珀對後,整體卻表現得像一個玻色子——而玻色子是允許全都擠進同一個共同狀態的,這正是超導電流之所以可能的原因。

又稱
库珀电子对庫珀電子對