超导

库珀对

/ KOO-per pair /

电子都带同一种电荷,所以它们通常彼此推开——要让两个电子结成伙伴,听上去根本不可能。可是在冷金属内部,发生了一件温和的事。当一个电子高速掠过时,会把沉重的带正电的原子稍稍拽向自己,在身后留下一道淡淡的、略偏正电的尾迹,而第二个电子就被吸向这条温热的尾流。靠这种间接的吸引,两个本来相斥的电子,竟然也能结合在一起。

库珀对正是这样一对被束缚在一起的电子,它们靠自身在周围原子点阵中造成的形变松松地牵在一起。这两个伙伴不必靠得很近;它们之间可能隔着成千上万个别的电子,靠的是一种共同的运动节奏相连。最关键的转折在于,一个对的行为不再像单个电子,而像一个单一的复合粒子,遵循另一套量子规则,从而允许海量的对挤进同一个集体状态里。

它之所以重要,是因为这个共享的状态正是超导的核心:当所有的对齐步同行时,任何单独的散射事件都无法让这股流动停下,于是电阻消失了。一个经典的误解是把它想象成两个电子像分子那样紧紧并排锁在一起。实际上这种束缚极其微弱、又铺得很开,正因如此,哪怕不大的热量也能把对摇散,让材料退回成普通金属。

在简单的超导体里,一对库珀对中的两个电子常常相距数百纳米——远到在同一片空间里有上百万个别的对彼此交叠,全都共享同一个同步的量子状态。

库珀对中的两个电子是远距离相连的,并非并排粘在一起。

单个电子是费米子,不能与别的电子共享同一个量子状态;可是两个电子结成库珀对后,整体却表现得像一个玻色子——而玻色子是允许全都挤进同一个共同状态的,这正是超导电流之所以可能的原因。

又称
库珀电子对庫珀電子對