[科普中国]-库珀对

库珀对是美国物理学家 Leon Cooper于1956年首次提出的描述在低温下一对电子（或其他费米子）以某一方式束缚在一起的理论。在低温超导体中，电子并不是单个地进行运动，而是以弱耦合形式形成配对，一般称之为库珀对．形成库珀对的两个电子，一个自旋向上，另一个自旋向下。

定义金属中的两个电子之间存在着通过交换声子而发生的吸引作用。由于这种吸引作用，费密面附近的电子两两结合形成所谓的“库珀对”。“库珀对”的形成使电子气的能量下降到低于正常费米-狄拉克分布时的能量，使得在连续的能带态以下出现一个单独的能级。这个单独能级与连续能级之间的间隔就叫做超导体的能隙。而今，库珀对理论被用于超导和解释BCS理论中，起着巨大的作用。

理论解释即使库珀对是一个量子效应，但是其成对的原因可以用一个简单的模型来解释1。金属中的电子可以看作自由粒子，电子与电子之间存在库伦排斥作用，但是与组成晶格的阳离子之间存在着吸引力，这个吸引力会使晶格发生畸变，阳离子轻微地靠近电子，从而增加了附近晶格的正电荷密度。而这些正电荷则会吸引其他电子。长距离下，这些电子与阳离子的吸引力会克服电子间的排斥力而配对。

严格的量子力学的解释表明这种效应是由于电子-声子耦合，声子正是这些带正电荷的晶格的基体运动。

补充库珀对的能量很弱，在量级，热能能够很容易的打破库珀对。所以，只有在低温下库珀对才能稳定存在。

库珀对中的电子未必是紧紧地在一起，而是一种长程的配对，配对的电子可能相距几百纳米。

本词条内容贡献者为:

韩拯 - 研究员 - 中国科学院金属研究所