Die Elektronenleitung in Metallen ist ein thermisches Phänomen?

Beim Anlegen eines externen elektrischen Feldes in einem Metall am absoluten Nullpunkt gibt es elektrischen Strom?

Es müssen thermische Schwankungen im Band des Elektrons auftreten, um Strom zu erzeugen?

Antworten (4)

In einem Metall befindet sich die Fermi-Energie irgendwo in einem ungefüllten Band. Bei jeder Temperatur über dem absoluten Nullpunkt (die Sie niemals erreichen können) gibt es Zustände, die Elektronen erreichen können und zu einer Leitung an der Fermi-Oberfläche führen. Dies wird in jedem Metall vorkommen. Supraleitung ist ein separates Phänomen, auf das ich hier nicht eingehen werde.

Deine Antwort gefällt mir besser als meine eigene...
Wenn die Temperatur nahe dem absoluten Nullpunkt liegt, ist meine relevante Energieskala viel kleiner. Die kontinuierlichen Energiebänder werden beginnen, sich aufgrund dieser neuen Skala diskret zu manifestieren. Das ist wahr? wenn nicht, warum? Ich meine, die Anzahl der Kernionen ist relevanter, wenn wir uns dem absoluten Nullpunkt nähern, die Grenze N geht ins Unendliche ist nicht mehr wahr.
Ich glaube, dass dies gut übersetzt ist mit: "Jeder Leiter ist bei einer ausreichend niedrigen Temperatur ein Halbleiter oder ein Supraleiter?"
@Nogueira - Überhaupt nicht! Es gibt einen deutlichen Unterschied dazu, die Fermi-Oberfläche innerhalb eines Bandes zu haben - jede (wie kleine) Störung hebt ein Elektron in eine Position zum Leiten - die Fermi-Oberfläche ist, nun ja, unscharf. Das ist ganz anders als bei einem Halbleiter. Und nicht alle Materialien sind Supraleiter – das erfordert, dass ein Paarungsmechanismus (Cooper-Paar) oder andere bosonische Quasiteilchen möglich sind.
Die Temperatur hat also keine Beziehung zur Energieskala des Problems?
Ich glaube, dass meine Zweifel in dieser Idee leben: Die Leitungselektronen in Metallen sind eigentlich die thermischen Schwankungen im Fermi-Niveau. Das ist also falsch?
Innerhalb des Bandes im Wesentlichen nicht - es gibt einen unbesetzten Zustand direkt über dem letzten besetzten. Auf Anhieb würde ich den "Abstand" auf etwas in der Größenordnung von einigen eV (Breite des Bandes) geteilt durch die Anzahl der Atome in der Probe (Anzahl, die zur Bildung des Bandes beiträgt) schätzen. Also, wirklich, wirklich, ..., wirklich klein. (Eine wirklich kleine Anzahl von Atomen in der Probe führt zu anderen Auswirkungen auf die Bandstruktur).
aber wenn die Temperatur so niedrig ist, dass KbT die Größenordnung des Abstands der Energieniveaus ist?. Das System ist eingefroren!? Kann ein elektrisches Feld des anderen von Coulomb x Volt bei dieser Temperatur Strom erzeugen?
Wenn Sie eine Kubikzentimeterprobe haben, muss das ein paar Mal bestellt werden 10 22 A T / C M 3 , also ist der Abstand geordnet 10 − 22 e v , was immer noch 10 Größenordnungen unter einem PicoKelvin liegt, das nie erreicht wurde ...
Besteht die Möglichkeit, dass Elektronen, die durch das elektrische Feld angeregt wurden, in kältere Zustände zurückkehren und Photonen emittieren? Ich meine, wenn es keine thermischen Fluktuationen gibt, fangen die Quantenfluktuationen des elektromagnetischen Vakuums an, Energie von Atomen zu saugen! In diesem Szenario würde es keinen elektrischen Strom geben.

Gegenwärtig glauben Festkörperphysiker (wenn auch offensichtlich nicht überprüfbar), dass ein Metall am absoluten Nullpunkt nicht existieren kann. Die Fermi-Oberfläche des Metalls ist instabil gegenüber einer Ordnung wie Supraleitung, Ladungsdichtewellen, magnetischer Ordnung usw.

Konzentrieren wir uns jedoch auf Ihr Szenario. Wenn es bei Nulltemperatur keine Phononen gibt, die die Elektronen streuen, und die Probe extrem rein ist (sehr wenige Defekte, Verunreinigungen usw.), dann würde man tatsächlich das als Bloch-Oszillationen bezeichnete Phänomen beobachten . Dies ist der Fall, wenn Sie ein elektrisches Gleichstromfeld an ein Metall anlegen und aufgrund der fehlenden Streuung eine Wechselstromreaktion beobachten.

In Gegenwart von Verunreinigungen sehe ich jedoch nicht ein, warum es keine elektrische Leitung geben könnte. Es würde immer noch einen Streumechanismus geben, und das angelegte elektrische Feld wäre immer noch in der Lage, die Elektronen in der Nähe der Fermi-Oberfläche dazu zu bringen, in einen Zustand direkt über dem Fermi-Niveau überzugehen.

Besteht die Möglichkeit, dass Elektronen, die durch das elektrische Feld angeregt wurden, in kältere Zustände zurückkehren und Photonen emittieren? Ich meine, wenn es keine thermischen Fluktuationen gibt, fangen die Quantenfluktuationen des elektromagnetischen Vakuums an, Energie von Atomen zu saugen! In diesem Szenario würde es keinen elektrischen Strom geben.
Ich bin mir nicht sicher, was Sie mit "kälteren Zuständen" meinen, aber ich verstehe nicht ganz, warum die Quantenfluktuationen oder das Fehlen thermischer Fluktuationen eine Rolle spielen. Das zugeführte elektrische Feld wäre auf einer Energieskala, die viel größer ist als diese Schwankungen, nicht wahr?
Ich beziehe mich auf die Arbeit von Dirac 1927 über Emission und Absorption elektromagnetischer Strahlung. Das System geht in den niedrigeren Energiezustand und emittiert Photonen. Verknüpfung

Haben Sie schon von Supraleitung gehört? Dies ist ein Phänomen, bei dem ein Material nahe dem absoluten Nullpunkt einen spezifischen Widerstand von Null aufweist: Es widerspricht eindeutig Ihrer Behauptung, dass eine thermische Anregung für die Leitfähigkeit nahe dem absoluten Nullpunkt erforderlich ist.

Bei einem Halbleiter müssen Elektronen zwar durch thermische Schwankungen in das Leitungsband geschleudert werden – aber bei einem Leiter sind die Elektronen bereits da – und sie bewegen sich als Reaktion auf ein elektrisches Feld bei jeder Temperatur.

Wenn die Temperatur nahe dem absoluten Nullpunkt liegt, ist meine relevante Energieskala viel kleiner. Die kontinuierlichen Energiebänder werden beginnen, sich aufgrund dieser neuen Skala diskret zu manifestieren. Das ist wahr? wenn nicht, warum?
Ich meine, die Anzahl der Kernionen ist relevanter, wenn wir uns dem absoluten Nullpunkt nähern, die Grenze N geht ins Unendliche ist nicht mehr wahr.
Bei der Supraleitung haben wir keine Fermionen mehr, sondern Bosonen (Kupferpaare). Wir haben die Diskussion über das Fermi-Niveau verloren. Ich möchte nicht über die möglichen starken Photon-Elektron-Wechselwirkungen sprechen, wenn sie sich dem absoluten Nullpunkt nähern.
Ich habe falsch geschrieben, ist kein Photon-Elektron, sondern Phonon-Elektron.

Nachdem ich eine Reihe von Artikeln zum Erreichen des absoluten Nullpunkts durchgesehen habe, finde ich, dass es schwierig ist, den absoluten Nullpunkt zu erreichen, was bedeuten kann, dass es sehr schwierig ist, interatomare Bewegungen oder Energieaustausche zu stoppen, und daher ist der absolute Nullpunkt nahe an der Theorie. Was die Supraleitung betrifft, so muss sie ein kritischer Punkt sein, minimale Energieübertragung benötigen und darf bei absoluter Nulltemperatur keine Energieübertragung erreichen.

Die Elektronenleitung in Metallen ist ein thermisches Phänomen?
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