Ny sorts "electronic matter" upptäckt

Intressant det där med ballistisk transport! Liknelsen med en optisk fiber var bra. När jag läste pyttelite om hur superkonduktivitet funkade så ska det bero på att det interna magnetfältet inom ledaren knuffats utanför denna när materialet ledaren består av når under en viss temperatur. Ballistisk transport av ett flöde elektroner skulle då inte fortsätta när man bryter kretsen då spridningen från väggarna med små vinklar tog energi, medans supraledning skulle fortsätta då, som jag förstod det inget magnetfält interagerade med laddningen. Men varför sker inte spridning inom en supraledare?
Vad är det som håller en elektron kvar i en bana genom en rund ledare med avstängd tillförd spänning? Hade spänningen varit på så skulle det kunnat bero på rätt balans mellan en elektrons kinetiska energi och spänningen den drivs med då en förskjutning från centrum genom en ledning skulle ge en större koncentration av motsatt laddning i riktning mot mitten. Som masscentrum i ett gravitationsfält. Men någonting måste hålla elektronen på plats i en krökt bana utan att elektronen accelererar inåt och på så sätt förlorar energi. Är det möjligen något lustigt med vågor och osäkerheter här likt typ Bose-Einsteinkondensat men där istället momentum blir helt bestämd så position blir helt obestämd så att den är utbredd genom hela ledaren hela tiden?
Varför magnetfältet knuffas utanför är också en bra fråga. Dock är nog dessa frågor lättare att ta reda på än de om "electronic matter".

Är jag ute och cyklar? Behöver jag läsa två meningar på Wikipedia eller 40 st tekniska fysikpapper? Går det ge ett kortare svar på eller är det ett ämne för en egen tråd?

Får man fråga om du har några detaljer om det citerade gällande de olika laddningarna? Om så, varför interagerar de inte med varandra? Det där är ju jättelustigt.

Jag har full förståelse för att detta är nya rön och att informationen kanske är knapp, men om du snappat upp något som går att förmedla så skulle jag vara väldigt tacksam då jag är väldigt nyfiken på varför de inte interagerar!

Trevlig kväll!

Alla som hittar något nytt i elektronikvärlden säger att det kan bli en ny transistor eller liknande. Det är lättare att få finansiering då än om man bara säger "det här var helhäftigt, men jag har ingen aning om vad vi skall ha det till". Det är en del av spelet. Man klämmer till med påhittade tillämpningar, forskarna som gör grovjobbet i bedömningarna av anslag förstår vad det handlar om och bedömer efter mer vetenskapliga meriter, men politiker och administratörer blir imponerade.

Finns andra knep som att man först producerar ett resultat och sen söker man anslag för att uppnå det. Då vet man att man kan kommer lyckas, finansiärerna blir imponerade av att man lyckas med det man utlovat och under tiden använder man pengarna till något nytt som man kan använda i nästa runda av ansökningar. Stora nackdelen med systemet är att den som kommer in som ny och inte redan har några färdiga resultat får det svårt att vara med och tävla om anslagen.

Om jag får handvifta lite på några ställen:

Till att börja med så måste vi ta i beaktande att all växelverkan på mikroskopisk nivå mellan elektroner och dess omgivning är QM där inte bara Coulombväxelverkan styr vad som sker. Coulomb ger en nollte ordningens effekt, men överlagrat på det finns det utbytes- och korrelationseffekter som i vissa fall kan vara kraftigare/viktigare än Coulombväxelverkan. BCS-teorin som kan användas för att beskriva i alla fall "enkel" s-vågs SC [1] säger att två elektroner kopplas samman via fononväxelverkan till en kvasipartikel, ett Cooper-par, med bosnoniska egenskaper som alltså inte följer de vanliga reglerna för elektroner. Vad betyder då det? Jo, att även om elektronerna kan befinna sig på ett inte helt försumbart avstånd från varandra så växelverkar de med varandra på ett sådant sätt att de beter sig som en partikel som i detta fall är en boson som inte "känner av" de fermioniska effekterna i kristallgittret som påverkar, sprider/scatter, "vanliga" elektroner. Inne i en kristall är Coulombfältet isotropt och homogent på tillräckligt stora avstånd så det finns ingen nettokraft därifrån som drar i kvasipartikeln. Om det då inte finns något kvar som kan sprida kvasipartikeln så rör den sig fritt och obromsat i kristallen.

Hur vet då Cooper-paret att det ska svänga och följa med runt i en sluten krets om man har en cirkulärt krökt supraledare? Bra fråga som jag inte har något exakt svar på, men jag skulle GISSA att det kan bero på att nära ytan så är både den elektroniska bandstrukturen och fononspektrumet så distorderat jämfört med bulken att det är energetiskt ofördelaktigt att röra sig i den riktningen (och till slut så blir "kostnaden" i energi så stor att paret bryts upp). Det är helt enkelt energimässigt fördelaktigare att följa den krökta bulken av ledaren, F=-grad E.

Om man i SC helt saknar spridning av Cooper-paret och därmed ingen resistans så har man i det ballistiska fallet fortfarande spridning men medelfrivägen är större än ledarens storlek så att det med största sannolikhet inte sker någon spridning. I 1D-ledare är de små dimensionerna så pass små att vågfunktionen inte "får plats" där och elektronen/kvasipartikeln inte heller spridas i de riktningarna vilket ökar medelfrivägen. Du kan läsa mer t.ex. här, framför allt referenserna 3-7 och 29.

Man kan angripa ballistisk transport från två håll. Dels kan man jämföra medelfrivägen mot de geometriska förhållandena. Man kan också titta på bandstrukturen för ett material, det vill säga Fermivätskans energi som funktion av moment. Symmetrier, kristallens upprepade struktur och växelverkan leder till att bara vissa tillstånd är tillåtna, de så kallade banden. Räknar man ut E(p) för en helt fri elektron, en plan våg, får man perfekta parabler centrerade runt p=0. Den effektiva massan hos en elektron, det vill säga måttet på hur mycket den påverkas och bromsas upp av sin omgivning, ges av krökningen på banden där parabeln motsvarar m_eff=0 [2] och en partikel utan massa bromsas heller inte upp utan rör sig just ballistiskt. Motsatsen är så kallade heavy fermions där växelverkan mellan elektronerna är så kraftig, framför allt korrelationsväxelverkan, att elektronerna rör sig som i sirap och verkar "tunga". Där är banden nästan platta.

Om man tar en riktig, fysisk ballistisk ledare, till skillnad från en ideal, så kommer resistansen att öka om dimensionerna ökar så pass mycket att de blir jämförbara med medelfrivägen. Bilden jag har skissat ovan är såklart betydligt mer komplex. I riktiga material finns det defekter och det finns ytor. Bandstrukturer är en teoretisk konstruktion som bara är giltig långt från ytor för de förutsätter en translationsinvarians bland annat. Det har skrivits travar av avhandlingar, pek och böcker på området så det är omöjligt att ge en bra förklaring i ett FB-inlägg.

[1] Vi måste skilja på ursprunglig BCS som egentligen bara säger att om man kan para ihop fermioner till bosoner kan de få "super"-egenskaper som supraledning för elektroner och supra"flytning" i He-3. Vi är ganska säkra på att det i de traditionella SC är två elektroner i vissa spinntillstånd som via fononer kan koppla ihop sig till ett tillstånd med spinnmoment s med sfärisk symmetri. Det motsvarar ett vanligt singlett-tillstånd i QM. De exotiska SC (för att inte tala om alla spännande magnetiska faser och/eller HF-faser de uppvisar över T_c) kopplar på något annat sätt. Man tror att det kan vara d-symmetri (tripletter) men om det är "vanliga" fononer eller något mer exotiskt, det är juryn fortfarande oense om liksom om alla exotiska SC tillhör samma familj med samma typ av växelverkan. Men det går alltså bortom BCS.

Hela härvan med kvasipartiklar får vi ta någon annan gång

[2] Elektronens faktiska massa ändras inte utan det är frågan om den massa som ska sättas in i transportekvationen för att "fri tung elektron" ska bete sig som "lätt elektron med växelverkan".

Vad ska man säga? Wow! Man kan inte annat än att bli imponerad!

Riktigt intressant! Jag har läst igenom ditt inlägg tre gånger och kommer läsa igenom det fler gånger, men jag känner att jag vill sätta mig vid datorn vid tillfälle så jag kan söka lite smidigare samtidigt.

Jag ville bara tacka och bocka för svaret så länge!

Jag har 1000 följdfrågor som jag dock gärna ser om jag kan finna svar på själv innan jag besvärar andra. Men det där lärde mig extremt mycket, så tack snälla så får jag be att önska herrn en hyffsat bra dag!