تئوری عبور جریان

در یک هادی معمولی، جریان به صورت حرکت الکترون ها در شبکه یونی هادی تعریف می شود. الکترون ها در طول این حرکت به یون های موجود در شبکه یونی برخورد کرده و مقداری از انرژی خود را به یون ها می دهند. این انرژی تلف شده، در شبکه یونی تبدیل به گرما می شود. این پدیده، مقاومت الکتریکی نامیده می شود[1].

اما در ابررساناها، وضعیت متفاوت است. در یک ابررسانا جریان الکتریکی ناشی از جفت های الکترونی (Cooper Pairs) است. این جفت الکترون ها در اثر نیروی جاذبه ی بین الکترون ها، که ناشی از تبادل فونون ها بین آنها است، به وجود می آیند. وجود اختلاف سطح انرژی (ΔΕ) در طیف انرژی این جفت الکترون ها حاکی از آن است که برای تحریک کردن آنها حداقل به انرژی ΔΕ نیاز است. حال اگر انرژی گرمایی شبکه یونی KT (که در آن T دما و K ثابت بولتزمان است) کمتر از ΔΕ باشد، آنگاه جفت های الکترونی دچار پراکندگی و تلفات انرژی نمی شوند و در نتیجه مقاومت الکتریکی صفر خواهد بود.

در نزدیکی دمای بحرانی، مواد HTS در برابر عبور جریان الکتریکی و به واسطه وجود میدان مغناطیسی ناشی از جریان الکتریکی، از خود مقاومت نشان می دهند. دلیل این امر وجود جریانات گردابی است که باعث اتلاف انرژی جفت الکترون ها می شود. در صورتی که دما به اندازه ی کافی کاهش یابد، این گرداب ها منجمد شده و مقاومت کاملاً صفر می شود.

[1]  A P Malozemoff, et al, “Progress in HTS Coated Conductors and Their Applications”, American Superconductor Corp. , March 2007.