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电阻与超导

(2018-01-27 12:56:33)
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物理学

电阻和超导

电阻:金属都有导电性,导电性实质上是材料分子间,存在自由移动的电子,导电性不是金属的专利,存在自由移动的电子或电荷子,都可以导电,导电体的导电能力是不同的,有良导体,导体和半导体之分,导电能力的强弱和材料中的自由电荷的数量有关,也和电荷子流动环境有关,阻碍导电能力的因素称为电阻。金属晶体内的自由电子并不自由,电子的热运动产生电磁场,各运动电子的电磁场相互耦合,形成相互联动的电子能量涡流,金属晶体内不同电子涡流间相互作用,使之呈热平衡态,当有电场作用于金属导体上,电场要形成定向流动的电流,就必须要有一定能量打破这种电子能涡流团,这个能量就是导体导电电阻的能耗,称之为电阻。金属导体内温度越高,电子的热运动越强,电子能量涡流团就越强,电阻因素就越大。也有个别负温度电阻效应的材料,电阻和温度呈反比,主要成因是温度越高,原子外层释放的自由电子数量越多,但温度的热阻因素还是存在的,多见于半导体材料。

超导的产生电阻与超导


当导体温度降到接近绝对0度时(0K),导体中的自由电子的热运动很弱时,电子的热涡流就趋于零,这时电子自旋极相互耦合势能大于热运动能势,电子自旋极相互耦合呈环状结构,电子自旋力矩是本身固有的定值,不受温度影响,电子在几乎没有热运动的情况下,自旋势能(力矩)不会降低,因此电子在低温下自旋极相互耦合成环,2个电子或3个电子组成环结构,形成闭合磁环体,此时称为电子复合体(也称库珀对),这时的复合电子呈无极性的复合粒子体,在导体内不会形成电磁涡流,因此没有电阻效应。此电子复合体,由于热运动很低,因而复合结构基本没有自旋,当温度升高时,电子复合环有弱的自旋,自旋过强电子复合体会瓦解,因而超导很难在较高温度下存在。当有外磁场存在时,电子复合环会有抗磁性旋转,形成强的抗磁性。电子复合体是超流性的,有磁场存在时,它就会作抗磁反应,和金属自由电子抗磁反应机理相同,只不过超导体的自由复合电子的抗磁反应最强,因而表现为强抗磁。


高温超导

从超导机制看,高温超导很难实现,要实现高温超导,必须要有电子束缚结构,使电子热运动相互有较小的互动,使电子尽可能的减少电子涡流结构的产生,显然金属导体不可能做到电子热运动的限制作用,高温超导只能寄托于有特殊结构的材料,目前做到较高温度的超导体都是陶瓷等非金属材料,它们有隔离电子的特殊结构,电子热运动相互场感应小,超导温度较高,但也达不到室温的高温,要想达到室温的超高温超导,必须完全隔开电子,限制电子间能量场相互作用。隔开电子的最好结构是空心管状体,什么能实现空心管状还能导电呢,石墨是个最隹选择,石墨是层状结构,如果能将石墨层状结构卷成桶状结构,成为柱状空心石墨烯,电子在石墨烯管中流动,不受相临管中电子影响,不会形成电子涡流现象,电阻必然会非常小,在常温下电阻有可能小到零,呈室温超导态,石墨烯是未来高温超导的希望。

本文是《能量场微观物理学》的一部分,全文下载:https://pan.baidu.com/s/1qZEWPly 密码:pim6

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