ENERGIELÜCKE

Energielücke,

 

Festkörperphysik: Bereich im quasikontinuierlichen Energiespektrum der Elektronen eines Festkörpers, der frei von Energieniveaus ist; speziell im Bändermodell die Bandlücken in der sich ergebenden Bandstruktur. Bei Supraleitern tritt infolge Bildung von Cooper-Paaren eine zusätzliche, von der absoluten Temperatur T abhängige Energielücke der Breite Δ (T) unmittelbar unterhalb des Fermi-Niveaus im Leitungsband auf, in der keine erlaubten Zustände für ungepaarte Elektronen existieren, da die nach der BCS-Theorie zur Paarung führende Wechselwirkung auch deren Zustandsdichte verändert. Sie ist mit der Bindungsenergie der Cooper-Paare verknüpft und trennt die besetzten Elektronenzustände von den unbesetzten, sodass zur Anregung einzelner Elektronen eine bestimmte Mindestenergie aufgebracht werden muss, die am absoluten Nullpunkt der Temperatur 2Δ (0) ≈ 3,5 kT_c beträgt (k = Boltzmann-Konstante, T_c = kritische Temperatur des Supraleiters).Wegen dieser Energielücke können die Cooper-Paare unterhalb einer bestimmten kinetischen Energie nicht durch Wechselwirkung mit dem Gitter gestreut werden, sodass ein widerstandsloser Strom fließen kann. Die für die besonderen physikalischen Eigenschaften eines Supraleiters verantwortliche Energielücke kann durch Absorptionsexperimente mit Ultraschall oder elektromagnetische Strahlung sowie durch den Tunneleffekt nachgewiesen und untersucht werden.