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fkanzen
Anmeldungsdatum: 13.03.2011
Beiträge: 9
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 fkanzen Verfasst am: 19. Apr 2011 13:33 Titel: (Hochtemperatur-)Supraleiter |
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hi,
in durch stickstoff gekülten hochsupraleitern bilden sich "Cooper-Paare", wieso bilden sich die paare und weshalb können atome diese nicht mehr behinder - also der elektr. Widerstand aufgehoben ist?
thx |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18168
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| TomS Verfasst am: 19. Apr 2011 17:55 Titel: |
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In Supraleitern koppeln Elektronen an Phononen (= Gitterschwingungen), was bei Elektronen-Paaren mit entgegengesetzem k-Vektor zu einer leicht anziehenden Kraft führt; wenn die thermischen Schwingungen eine (im Mittel) kleinere Energie aufweisen als die Bindungsenergie dieser Cooper-Paare, dann brechen letztere nicht auf (bzw. nicht nennenswert). Man spricht von sogenannten Quasi-Teilchen. Da es sich dabei um Bosonen handelt, können diese ein Bose-Einstein-Kondensat bilden, d.h. sich im Grundzustand sammeln (was für Elektronen = Fermionen) nicht möglich ist.
Ich weiß aber nicht, ob dieser von mir beschriebene Mechanismus auch für HTC-Spraleiter gültig ist; da gab es lange Zeit wesentliche offene Fragen.
Wie ist denn generell dein Kenntnisstand bzgl. Quantenmechanik und Festkörperphysik?
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Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago. |
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fkanzen
Anmeldungsdatum: 13.03.2011
Beiträge: 9
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| fkanzen Verfasst am: 20. Apr 2011 10:18 Titel: |
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hey TomS,
also ich glaube der einzige Unterschied zwischen Supraleitern und Hochtemperatursupraleitern ist, dass der Wert der Sprungtemperatur des Hochtemperatursupraleiters (HTSL) höher ist (statt ca. -273 Grad Celsius ca. -200 Grad Celsius). HTSL sind keramische Metalloxide und werden, damit sie supraleitend werden, mit Stickstoff gekühlt.
Ehrlich gesagt verstehe ich kaum etwas von dem, was du schreibst.
(1) was sind Phononen? Du setzt sie mit Gitterschwingungen gleich. Welches Gitter schwingt denn da? Sind die keramischen Metalloxide aus Kristallgittern aufgebaut?
(2)Was ist ein k-Vektor? Und "In Supraleitern koppeln Elektronen an Phononen (= Gitterschwingungen), was bei Elektronen-Paaren mit entgegengesetzem k-Vektor zu einer leicht anziehenden Kraft führt"; das passiert erst, wenn die Sprungtemperatur erreicht ist?
(3)"wenn die thermischen Schwingungen eine (im Mittel) kleinere Energie aufweisen als die Bindungsenergie dieser Cooper-Paare, dann brechen letztere nicht auf (bzw. nicht nennenswert)"; d.h. durch das Abkühlen des Materials wird erreicht, dass die thermische Energie geringer (also das die einzelnen Atome "schwingen") ist als die Bindungsenergie der Cooper-Paare, sodass ein stabile Bindung zwischen den Cooper-Paaren besteht.
(4)"Man spricht von sogenannten Quasi-Teilchen. Da es sich dabei um Bosonen handelt, können diese ein Bose-Einstein-Kondensat bilden, d.h. sich im Grundzustand sammeln (was für Elektronen = Fermionen) nicht möglich ist. " Ist ein Cooper-Teilchen jetzt ein Quasi-Teilchen? den Rest versteh ich garnicht?!
Ich hab nur zur Quantenmechanik den Oberstufenstoff durchgenommen!
Servus & vielen Dank! |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18168
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| TomS Verfasst am: 20. Apr 2011 14:24 Titel: |
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| fkanzen hat Folgendes geschrieben: | hey TomS,
also ich glaube der einzige Unterschied zwischen Supraleitern und Hochtemperatursupraleitern ist, dass der Wert der Sprungtemperatur des Hochtemperatursupraleiters (HTSL) höher ist (statt ca. -273 Grad Celsius ca. -200 Grad Celsius). |
Nein, das ist leider nicht so:
| Wikipedia hat Folgendes geschrieben: | | Bisher ist die Ursache der hohen Sprungtemperaturen nicht bekannt. Aufgrund ungewöhnlicher Isotopeneffekte kann jedoch ausgeschlossen werden, dass die Elektronenpaarbildung wie bei der konventionellen Supraleitung ausschließlich durch die konventionelle Elektron-Phonon-Wechselwirkung zustande kommt. Die BCS-Theorie ist jedoch weiterhin anwendbar, da diese Theorie die Art der Wechselwirkung offen lässt und letztlich als eine Art „Molekularfeldnäherung“ fungiert. Ahnlich wie in der Theorie der kritischen Phänomene bei Phasenübergängen 2. Ordnung, beobachtet man aber bei vielen Größen Abweichungen von gewohnten Potenzgesetzen. |
Siehe http://de.wikipedia.org/wiki/Hochtemperatursupraleiter
| fkanzen hat Folgendes geschrieben: | | (1) was sind Phononen? Du setzt sie mit Gitterschwingungen gleich. Welches Gitter schwingt denn da? Sind die keramischen Metalloxide aus Kristallgittern aufgebaut? |
Phononen sind die Quanten der Schwingungen des Kristallgitters. HTSL haben auch ein "Kristallgitter", jedoch nur auf sehr kleinen Skalen (es handelt sich nicht um Einkristalle sondern um Keramiken) sowie mit einem hohen Anteil an Fremdatomen (Dotierung) und Gitterfehlstellen.
| fkanzen hat Folgendes geschrieben: | | (2)Was ist ein k-Vektor? |
Man betrachtet die Elektronen nicht im Orts- sondern im Impuls- d.h. im Wellenzahlvektor-Raum; k ist der Wellenzahlvektor. Es ist nicht so, dass zwei Elektronen räumlich "nebeneinander sitzen" und sich parallel bewegen. Cooper-Paarung findet eben im Impulsraum statt. Evtl. ist das aber nicht so wichtig, da diese Cooper-Paare eben gerade nicht der einzige (evtl. nicht mal der wesentliche Mechanismus) bei HTSL sind.
| fkanzen hat Folgendes geschrieben: | | Und "In Supraleitern koppeln Elektronen an Phononen (= Gitterschwingungen), was bei Elektronen-Paaren mit entgegengesetzem k-Vektor zu einer leicht anziehenden Kraft führt"; das passiert erst, wenn die Sprungtemperatur erreicht ist? |
Elektronen verzerren das Kristallgitter und regen es zu Schwingungen an. In bestimmten Fällen wirken diese Gitterschwingungen auf die Elektronen zurück und führen zu einer leicht anziehenden Kraft, die eben die Paarung bewirkt. Dies passiert nicht erst bei der Sprungtemperatur sondern immer.
http://de.wikipedia.org/wiki/Cooper-Paar
| fkanzen hat Folgendes geschrieben: | | (3)"wenn die thermischen Schwingungen eine (im Mittel) kleinere Energie aufweisen als die Bindungsenergie dieser Cooper-Paare, dann brechen letztere nicht auf (bzw. nicht nennenswert)"; d.h. durch das Abkühlen des Materials wird erreicht, dass die thermische Energie geringer (also das die einzelnen Atome "schwingen") ist als die Bindungsenergie der Cooper-Paare, sodass ein stabile Bindung zwischen den Cooper-Paaren besteht. |
Es ist so, dass thermische Anregungen (Gitterschwingungen) die Bindung der Elektronenpaare tendentiell aufbrechen, d.h. es liegen zwei konkurrierende Effekte vor. Bei der Sprungtemperatur ist es nun so, dass auf einen Schlag plötzlich ein großer Teil der Elektronen in diesen Cooper-Paare vorliegt und diese im Grundzustand kondensieren. Es handelt sich dabei um einen Phasenübergang, so in etwa wie das Ausfrieren von Wasser. Unterhalb der Sprungtemperatur "gewinnt" also die Bindung in Cooper-Paare ggü. dem Aufbrechen derselben durch thermische Anregungen.
| fkanzen hat Folgendes geschrieben: | | (4)"Man spricht von sogenannten Quasi-Teilchen. Da es sich dabei um Bosonen handelt, können diese ein Bose-Einstein-Kondensat bilden, d.h. sich im Grundzustand sammeln (was für Elektronen = Fermionen) nicht möglich ist. " Ist ein Cooper-Teilchen jetzt ein Quasi-Teilchen? den Rest versteh ich garnicht?! |
Ja, ein Cooper-Paar ist ein Quasiteilchen (genauso wie ein Phonon). Ein Quasiteilchen verhält sich in gewisser Weise wie ein normales Teilchen (es hat einen Spin, einen Impuls, eine Wechselwirkung, es kann makroskopische Zustände bilden - hier eben ein Cooper-Paar Kondensat) und man kann damit in einer gewissen Näherung rechnen. Man vernachlässigt dabei, dass die Quasiteilchen sich eigtl. aus elementaren Teilchen zusammensetzen; diese treten sozusagen nicht (bzw. nicht merklich) in Erscheinung. Deutlich unterhalb der Sprungtemperatur kann man in guter Näherung die Eigenschaften des Supraleiters auf Basis der Cooper-Paare berechnen; oberhalb der Sprungtemperatur wird diese Näherung ungültig bzw. sinnlos, da es die Cooper-Paare einfach nicht mehr gibt.
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fkanzen
Anmeldungsdatum: 13.03.2011
Beiträge: 9
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| fkanzen Verfasst am: 20. Apr 2011 15:45 Titel: |
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"Bisher ist die Ursache der hohen Sprungtemperaturen nicht bekannt. Aufgrund ungewöhnlicher Isotopeneffekte kann jedoch ausgeschlossen werden, dass die Elektronenpaarbildung wie bei der konventionellen Supraleitung ausschließlich durch die konventionelle Elektron-Phonon-Wechselwirkung zustande kommt. "
Bedeutet das, dass man die HTSL theoretisch nicht völlig erkären kann.
Also:
Keramische Metalloxide sind aus Kristallgittern aufgebaut, die ducrh Elektronen deformiert werden. Gleichzeitig sind thermische Gitterschwingungen vorhanden. Diesen Schwingungen wir ein Teilchencharackter zugewiesen; man spricht dehalb von Phononen. Elektronen und Gitterschwingungen beeinflussen sich gegenseitig; unter bestimmten Bedingung können Gitterschwingungen zu Cooper-Paar-Bildung führen. Grundsätzlich brechen die Gitterschwingungen die Cooperpaarbindung aber wieder auf.
Wird die Sprungtemperatur erreicht so ist der größte Teil der Elektronen in der Cooper-Paar-Bindung und diese kondensieren im Grundzustand (Was bdeutet das genau?).
Habe ich das richtig verstanden?
Wieso ist der elektrische Widerstand dann weg?
Servus & vielen Dank!!! |
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