電子不是互相排斥的嗎?為什麼會有電子對的說法?

首先聲明,這裡的電子對,確實是兩個電子,形成了一對快樂的小夥伴——電子對。

「異性相吸同性相斥」是我們從小就耳熟能詳的法則,物理老師也告訴過我們,這個法則不僅適用於男孩女孩兒交往,同樣也適用於磁和電,用於磁這裡的性質就是指磁極,用於電就是指電荷。

那麼問題來了,既然電子之間是相互排斥,也就是說他們之間是相互「討厭」著對方的,那又是為什麼會出現一起愉快的玩耍,形成對的呢?

在沒有外界「幫助」的時候,兩個電子確實是不可能形成穩定的對態的。就像兩個相互討厭著對方的冤家,是不會想見到彼此的。這個時候要是來一個中間人呢?有個中間人調節一下,是不是兩個冤家有時候也能愉快的玩耍了?

我們以超導理論(BCS)中的庫珀對為例,這個情況下的「中間人」就是聲子,也就是晶格震動。

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庫珀曾經證明:一般來說,只要電子之間存在引力,哪怕很微小,都會使費米面附近的電子結合在一起,形成庫珀對。

簡單來說就是只要有引力,有些電子就可以形成對。那麼我們來分析一下低溫超導中的這個引力是怎麼出現的。

晶格中的離子實都是帶正電的,如上圖所示,灰色小球代表離子實。當第一個電子(藍色小球)在某些離子實中間運動時,由於引力作用會使該區域的離子實密度出現漲落,電子附近的離子實密度變大。密度大的離子實顯然對第二個電子更有「吸引力」,這個吸引力在一些情況下是可以大於電子之間的斥力的,這樣合成的有效作用就是吸引的了。在這個吸引力下,就能出現電子對了。

(來源:中科院物理所)

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