Supergeleiding: - KNAW Onderwijsprijs

elektronen uit een Cooperpaar hebben dus niet alleen interactie met elkaar, maar ook met
andere elektronen. Hierdoor vormt zich een macroscopische kwantumtoestand. Een
fenomeen dat men ook wel Bose-Einstein condensatie noemt. Bose-Einstein condensatie is
een laag-energetische aggregatietoestand, dit is de vijfde aggregatietoestand naast vast,
vloeibaar, gas en plasma. Bose-Einstein condensatie houdt in dat de Cooperparen elkaar
overlappen met als gevolg dat de Cooperparen niet langer als enkele Cooperparen gezien
kunnen worden, er is een grote Cooperparenketen ontstaan, elk elektron oefent via het
atoomrooster een zwakke kracht uit op andere elektronen.
Dit betekent dat elk Cooperpaar in dezelfde kwantumtoestand zit. Omdat elk Cooperpaar in
deze kwantumtoestand zit is het onmogelijk dat Cooperparen verstrooid worden. Immers
als een Cooperpaar wel zou worden verstrooid, dan zou het Cooperpaar daarmee in een
andere kwantumtoestand terecht komen en dat is nu juist wat onmogelijk is.
Ook kan er onmogelijk een elektrisch veld in de geleider bestaan, want het feit dat elk
Cooperpaar in dezelfde kwantumtoestand zit en dus een gelijk energie niveau heeft is de
reden dat er geen potentiaalverschil kan zijn. Het feit dat er geen potentiaalverschil is, is de
reden dat er ook geen elektrisch veld bestaat. Dit heeft als gevolg dat overige normale
elektronen geen stroom kunnen transporteren, dus het ladingstransport gaat via de
Cooperparen. Het materiaal is dus supergeleidend, omdat de Cooperparen geen elektrische
weerstand hebben en alle ladingtransport via de Cooperparen gaat. Dit betekent niet dat een
materiaal in supergeleidende toestand geen losse elektronen meer bevat, deze zijn nog steeds
aanwezig, maar kunnen geen lading transporteren, omdat er geen potentiaal verschil is.
Daarnaast is het energie niveau van een elektron uit een Cooperpaar lager dan het
energieniveau van een los elektron. Dit komt door de effectieve aantrekkende kracht die de
elektronen uit het Cooperpaar via het rooster op elkaar uitoefenen. Dit energie verschil heet
de energy gap, aangegeven met .
De energy gap is de hoeveelheid energie die nodig is om een Cooperpaar terug te laten gaan
in twee losse elektronen. De energie die hiervoor nodig is, is per elektron. Bij een
temperatuur van 0 kelvin oefenen alle elektronen invloed op elkaar uit via het atoomrooster.
Alle elektronen zitten in dezelfde kwantum toestand en er zijn geen losse elektronen meer
aanwezig. Door de stijging van de temperatuur, toevoeging van thermische energie, zullen
de Cooperparen opbreken en terugvallen in twee losse elektronen. Bij het bereiken van de
kritische temperatuur van de supergeleiding zijn alle Cooperparen opgebroken of als je daalt
naar de kritische temperatuur, dan worden er juist Cooperparen gevormd. Dit is ook te zien
in grafieken van metingen waarbij de weerstand wordt uitgezet tegen de temperatuur
(figuur 5). Rond een bepaalde temperatuur zakt de weerstand meteen naar nul, omdat op dit
punt Cooperparen gevormd worden.
Pagina | 12