Pasangan Cooper

Dalam fizik jirim termampat, pasangan Cooper atau pasangan BCS (Inggeris: Cooper pair) ialah dua elektron (atau fermion-fermion lain) yang terikat bersama pada suhu rendah dalam cara tertentu. Ia pertama kali diterangkan oleh Leon Cooper, seorang ahli fizik Amerika pada tahun 1956. Cooper menunjukkan bahawa satu tarikan kecil rambang antara elektron dalam suatu logam boleh menyebabkan keadaan elektron yang dipasangkan mempunyai tenaga yang lebih rendah daripada tenaga Fermi yang menandakan bahawa pasangan ini terikat. Dalam pengalir lampau lazim, tindak balas ini disebabkan oleh interaksi elektron-fonon. Keadaan pasangan Cooper ini adalah apa yang menyebabkan pengaliran lampau, seperti yang dijelaskan oleh teori BCS yang dibangunkan oleh John Bardeen, Leon Cooper dan John Schrieffer. Mereka berkongsi Hadiah Nobel untuk teori ini.

Walaupun pemasangan Cooper ialah kesan kuantum, sebab bagi pemasangan ini boleh dijelaskan dengan penjelasan klasik yang ringkas. Elektron dalam logam biasanya berperilaku seperti zarah bebas. Elektron ini ditolak dari elektron lain disebabkan cas negatif mereka, tetapi ia juga menarik ion-ion positif yang membentuk kekisi tegar logam itu. Daya tarikan ini mengherotkan kekisi ion, menggerakkan ion-ion lebih dekat dengan elektron, meningkatkan kepadatan cas positif kekisi dalam kawasan itu. Cas positif ini boleh menarik elektron-elektron lain. Dalam jarak jauh, tarikan antara elektron yang disebabkan oleh ion-ion teralih ini boleh mengatasi daya tolakan elektron-elektron disebabkan cas negatif mereka, dan menyebabkan mereka untuk berpasangan. Penjelasan mekanik kuantum yang lebih ketat menunjukkan bahawa kesan ini disebabkan oleh interaksi elektron-fonon.

Tenaga interaksi berpasangan ini agak lemah, iaitu sekitar 10-3 eV, dan tenaga haba boleh meleraikan pasangan ini dengan mudah. Oleh itu hanya pada suhu yang rendah, sejumlah besar elektron-elektron dalam pasangan Cooper dalam logam boleh ditemui. Elektron-elektron dalam satu pasangan tidak semestinya rapat; oleh kerana interaksi ini adalah interaksi jarak jauh, pasangan elektron boleh jadi beberapa ratus nanometer antara satu sama lain. Jarak ini biasanya lebih besar daripada jarak interaksi biasa, oleh itu banyak pasangan Cooper boleh menduduki ruang yang sama. Elektron mempunyai spin-, oleh itu ia adalah fermion, tetapi pasangan Cooper ialah boson gabungan kerana jumlah spinnya adalah integer (0 atau 1). Maksudnya, fungsi gelombangnya adalah simetri di bawah pertukaran zarah, dan mereka dibenarkan berada dalam keadaan yang sama. Kecenderungan untuk semua pasangan Cooper dalam satu jasad untuk 'memeluwap' kepada keadaan kuantum asas yang sama bertanggungjawab bagi ciri-ciri aneh pengaliran lampau.

Teori BCS juga boleh digunapakai untuk sistem fermion yang lain seperti helium-3. Sesungguhnya, pasangan Cooper bertanggungjawab untuk kebendaliran lampau helium-3 pada suhu rendah. Baru-baru ini juga telah ditunjukkan bahawa satu pasangan Cooper boleh terdiri daripada dua boson. Di sini, pasangan ini disokong oleh kekusutan dalam kekisi optikal.

Lihat juga
 Penguncian warna-perisa
 Penebat lampau
 Pasangan tunggal
 Pasangan elektron
 Pengaliran lampau
 Kebendaliran lampau

Rujukan

Pengaliran lampau
Konsep dalam fizik
Pengalir lampau
Spintronik
Fasa kuantum
Pembawa cas