„Cooper-pár” változatai közötti eltérés

A [[Szilárdtestfizika|szilárdtestfizikában]] a '''Cooper-pár''' (vagy '''BCS-pár''') két [[elektron]], vagy más [[fermion]], melyek alacsony hőmérsékletenhőmérsékletű szilárdtestben párba állnak és köztük kötőerő jön létre. A Cooper-párok képződésének első leírását [[Leon Cooper]] adta, aki a jelenség névadója is.<ref>Cooper, Leon N. (1956). "Bound electron pairs in a degenerate Fermi gas". ''[[Physical Review]]'' '''104''' (4): 1189–1190. </ref> Kimutatta, hogy fémek belsejében létrejöhet olyan elektron kétrészecske -állapot, melynek energiája kisebb mint a [[Fermi-energia|Fermi-szint]], ami arra utal, hogy az elektronok között kötés áll fenn, ami a fenti körülmények között stabil. Hagyományos szupravezetőkben ezt a vonzerőt az [[elektron]]–[[fonon]] kölcsönhatások szolgáltatják. A [[BCS-elmélet]] alapján a [[szupravezetés]] oka a Cooper-párok létrejötte, mely kidolgozásáért [[John Bardeen]], [[Leon Cooper]], and [[John Schrieffer]] 1972-ben megosztott [[Nobel-díj|Nobel-díjat]] kapott.

Bár a Cooper-pár létrejötte kvantummechanikai modellel írható le, egyszerűsített klasszikus képben is szemléltethető.<ref>Nave, Carl R. (2006). [http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/Hbase/solids/coop.html "Cooper Pairs"]. ''[[Hyperphysics]]''. Dept. of Physics and Astronomy, Georgia State Univ. Hozzáférés ideje: 2008-07-24.</ref><ref>Kadin, Alan M. (2005). "Spatial Structure of the Cooper Pair". ''Journal of Superconductivity and Novel Magnetism'' '''20''' (4): 285. [[arXiv]]:[https://arxiv.org/abs/cond-mat/0510279 cond-mat/0510279]. [[Digital object identifier|doi]]:[[doi:10.1007/s10948-006-0198-z|10.1007/s10948-006-0198-z]].</ref> A fémben mozgó elektron általános esetben szabad töltéshordozóként viselkedik. Az elektronok taszítják egymást, ésőket vonzzákpedig őketvonzzák a rácsot alkotó pozitív fémionok. Ez a vonzás kicsit torzítja a rácsot is, az ionok kissé elmozdulnak az elektron felé, melynek következtében itt a töltés kicsit pozitív felé tolódik. A pozitívabb töltésű tartománytértartomány más elektronokat is vonz. Ez a vonzerő nagyobb távolságban képes ellensúlyozni az elektronok közti elektrosztatikus taszítást, így az elektronok párokba állnak össze. Részletes kvantummechanikai tárgyalással belátható, hogy ez a hatás végső soron elektron–fonon kölcsönhatás eredménye.

Az elektronpárok kötési energiája igen gyenge, mindössze 10⁻³ [[Elektronvolt|eV]] körüli, így [[Szobahőmérséklet|szobahőmérsékleten]] a termikus gerjesztés (mely nagyságrendje 10^-2 eV) könnyen felbontja azokat. Így hosszúHosszú élettartamú Cooper-párokra tehát csak alacsony hőmérsékletű fémekben számíthatunk.

A párba állt elektronok nem feltétlenül vannak egymáshoz közel (köztük akár több száz nanométer is lehet), mivelhiszen az összetartó erő hosszútávú. Mivel az elektronok feles spinű részecskék, azaz [[Fermion|fermionok]], kettő nem tartózkodhat azonos kvantumállapotban, de párba állva már egész spinű [[Bozon|bozont]] alkotnak.<ref>Feynman, Richard P.; Leighton, Robert; Sands, Matthew (1965). ''Lectures on Physics, Vol.3''. [[Addison–Wesley]]. pp. 21–7, 8. [[ISBN]] [[Special:BookSources/0-201-02118-8|0-201-02118-8]].</ref> Ennek következtében a Cooper-párok leírására a bozonokra jellemző szimmetrikus állapotfüggvényt és [[Bose–Einstein-statisztika|Bose–Einstein-statisztikát]] használhatunk, ha más részecskékkel való kölcsönhatásokat akarjuk leírni, illetve Cooper-párokra már nem érvényes a [[Pauli-elv|Pauli-féle kizárási elv]] sem.<ref>{{Cite web|title = Optical Lattices {{!}} Dynamical Creation of Bosonic Cooper-Like Pairs|url = http://www.optical-lattice.com/index.php?lattice-site=cooper-pairs|work = www.optical-lattice.com|accessdate = 2015-11-23}}</ref>

A BCS-elmélet más fermionok közti kölcsönhatások leírására is alkalmas. Például a ³He atomok között alacsony hőmérsékleten létrejövő Cooper-pár képződéssel magyarázható ennek szuperfolyósodása. Új kísérletek rámutattak, hogy Cooper-párt két bozon is alkothat, mely Cooper-pár természetesen szintén bozon.

A Cooper-párok számára, mivel bozonok, lehetséges az azonos kvantumállapotok elfoglalása, így az összes pár a legalacsonyabb kvantumállapotba (alapállapotra) '„[[Bose-Einstein kondenzáció|kondenzálódikkondenzálódik”]]'.

Cooper eredetileg egyedi párképződést vett figyelembe, de szemléletes, hogy ez a párba rendeződési jelenség tömegesen is megtörténhet az elektronokkal - melyet a BCS-elmélet figyelembe is vesz. Az elméletből levezethető, hogy az elektronok ilyen párokba rendeződése a rájuk vonatkozó folytonos energiaspektrumban [[Tiltott sáv|tiltott sávot]] hoz létre (a tiltott sáv, azaz a ''gap'' megjelenése levezethető, ha a kölcsönható elektronokat [[Soktest-probléma|soktest-problémaként]] fogjuk fel). A tiltott sáv a gyakorlatban azt okozza, hogy bármilyen gerjesztésnek alsó küszöbenergiája van. Ez a küszöb az, ami végeredményben a szupravezetéshez vezet, mivel az elektronok ütközésével járó szóródási jelenségek a küszöb alatti energiájuk miatt nem jönnek létre.<ref>Nave, Carl R. (2006). [http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/solids/bcs.html#c1 "The BCS Theory of Superconductivity"]. ''[[Hyperphysics]]''. Dept. of Physics and Astronomy, Georgia State Univ. Hozzáférés ideje: 2008-07-24.</ref>