Cooper pair

cooper pairは、超伝導現象の根幹をなす量子力学的な概念です。通常、電子同士は負の電荷を持っているため互いに反発し合いますが、極低温の状態では結晶格子の歪みを介して、電子間にわずかな引力が働きます。これにより、本来は反発し合うはずの二つの電子がペアを組み、一つの複合粒子として振る舞うようになります。

超伝導メカニズムにおける役割

このペアを形成した電子たちは、ボース粒子のような性質を持つようになり、エネルギー的に安定した状態で集団的に移動します。その結果、個々の電子が不純物や格子と衝突してエネルギーを失うことがなくなり、電気抵抗が完全にゼロになる超伝導状態が実現します。これは、単一の電子が移動する場合とは根本的に異なる物理現象です。

BCS理論との関係

cooper pairの概念は、超伝導の理論的枠組みであるBCS theory（BCS理論）の基礎となっています。この理論では、電子と格子の相互作用によって形成されるこのペアが、超伝導体の基底状態を決定づけると説明されています。現代の物理学において、このペアの形成と凝縮は、低温超伝導体を理解するための最も重要な鍵となっています。