İçeriğe atla

Cooper çifti

BCS süperiletkenlerinde Cooper eşleştirme etkileşiminin şematik gösterimi.

Yoğun madde fiziğinde, Cooper iletken çifti veya bina kontrol sistemi (BCS) iletken çiftinin belli koşullarda düşük sıcaklıkla sınırlanmasının elektron iletkeni olduğu ilk kez 1956 yılında Amerikalı fizikçi Leon Cooper tarafından tanımlanmıştır. Metal bir kapta elektronlar arasında rastgele küçük bir etkileşimin Fermi enerjiden daha düşük bir enerji imkânı sağlayan ikili elektronların durumuna sebep olduğunu ve bu ikililik durumunun sınırlı olduğunu gösterdi. Konvensiyonel süper iletkenlerde, bu etkileşim elektro-fonondan kaynaklı olmasıdır. Cooper çifti için süper iletkenlik, 1979 yılında Nobel ödülü alan John Bardeen, Leon Cooper ve John Schrieffer tarafından ilerletilmiş BCS teorisinde tanımlanmıştır.

Cooper iletken çiftinde kuantum etkisi olmasına karşın, bu sebep kolaylaştırılmış klasik tanım kalıbında gözükebilir. Metal içindeki elektron normal olarak serbest parçacık olarak hareket eder. Elektron negatif yüklü olduğundan diğer elektronları iter ancak metalin sert tabakasında meydana gelen pozitif iyonları da çeker. Bu çekim iyon örgüsünün şeklini değiştirir, elektron doğrultusunda iyonlar yavaşça hareket eder ve etrafta oluşan pozitif yükün örgü öz kütlesi artar. Bu pozitif yük diğer elektronları çekebilir. Uzak mesafelerde elektronlar arasında bu çekim bulunduğu yerden çıkarılan iyonlardan dolayı elektronlar arasındaki itmeyi ortadan kaldırabilir ve negatif yükten dolayı bu elektronların bir çift haline gelmesine neden olur. Bu sert kuantum mekanik açıklaması bu etkinin elektro-fonon etkileşiminden kaynaklandığını gösterir.

Bu ikili etkileşim enerjisi, düşük eV’den dolayı oldukça zayıftır ve termal enerji bu ikilileri kolay şekilde koparabilir. Bundan dolayı, düşük sıcaklıklar Cooper iletken çiftindeki elektron sayısı için oldukça büyük faktördür. İkili içinde elektronlar bir araya gerekli şekilde gelmezler çünkü etkileşim uzun bir aralıktadır. Çift haline gelen elektronlar yüzlerce nanometre uzakta ve hala bir arada olabilir. Bu mesafe genellikle ortalama etkileşimden daha büyüktür. Bundan dolayı çoğu Cooper ikilisi aynı boşlukta olabilir. Elektronlar -1/2 dönüye sahiptir ve fermiyonlardır. Ancak Cooper iletken çifti bozonun toplam tam sayı dönüsü miktarından sıfır veya bir bozon bileşimidir. Bu dalga fonksiyonları parçacıkların yer değiştirmesinin altında simetrik şekil alır ve bunların aynı yerde kalmasına izin verilir. Bu eğilim tüm Cooper çift iletkenleri için bir bütün olarak süper iletkenlerin özel özellikleri için geçerli olan aynı kuantum zemin durum yoğunlaştırılmasını sağlar.

BCS teorisi helyum-3 gibi diğer fermiyon sistemleri için de uygulanır. Aslında Cooper iletken çifti helyum-3‘ün düşük sıcaklıklarda süper akışkanlığında görev alır. Ayrıca Cooper iletken çiftinin iki bozondan meydana geldiği de son zamanlarda gösterilmektedir. Burada, iletken çifti optik örgüsünün içinde dolaşımı ile desteklenir.

Süper iletkenlik ile bağıntısı

Cooper esasında yalnızca metal içinde yalıtılmış iletken çift formunu göz önünde bulundurmuştu. Çok elektronik iletken çift form durumlarının daha gerçek durumu düşünüldüğünde, BCS teorisi içinde açıklanır ve izin verilen elektronların enerji durumunun devamlı olan spektrumda bir ara açılır. Bu sistemdeki tüm uyarılmalar minimum enerji miktarında olmalıdır. Bu oluşan ara, süper iletkenliğe sebep olur çünkü elektronların yayılımının yasaklanması gibi uyarılar vardır. Bu oluşan aranın elektronlar arasında oluşan çekimden kaynaklı vücuda çok büyük etkileri vardır.

Herbert Fröhlich metal üzerinde örgü titreşimleri ile elektronların çift iletken ve çiftli şekilde hareket edebileceğini ilk öneren kişidir. Bu süper iletkenlerde izotop etkisi ile gösterilir. Bu izotop etkisi süper iletkenlik, ağır iyonlar, farklı nükleer izotoplar ile maddelerin iletim sıcaklığına sahip olduğunu göstermiştir. Bu durum Cooper iletken çifti ile açıklanabilir. Ağır iyonların hareket etmesi zor olduğundan, bu iyonlar elektronları daha az olarak çeker ve sonuç olarak Cooper iletken çiftleri için daha az bir bağıntı ile bağlanır.

Cooper iletken çift teorisi genelde oldukça fazladır ve belirli bir elektron-fonon etkileşimine bağlı değildir. Yoğunlaştırılmış madde teorileri ise elektron, uyarım etkileşimleri veya plazmon elektron etkileşimi gibi diğer çekim etkileşimlerine bağlı iletken çift mekanizmalarını ileri sürmektedir. Şu anda ise herhangi bir metalde alternatif iletken çift etkileşimlerinin hiçbiri şu anda görülmemektedir.

Cooper iletken çiftinin yarı iletken bozon formdaki özgün elektronlara sahip olmadığı not alınmalıdır. İkili durumlar enerji olarak faydalıdır ve elektronlar mükemmel şekilde duruma girer ve çıkarlar. John Bardeen'in sözleri bu fark için şöyledir:

Tam olarak gerçek olmayan elektron iletken çift düşüncesi, bu düşünceyi anlamlı hale getirmektedir.

Kaynakça

İngilizce Vikipedi "Cooper pair" maddesi 8 Ağustos 2014 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.

İlgili Araştırma Makaleleri

Fermiyon, parçacık fiziğinde, Fermi-Dirac istatistiğine uyan parçacıktır. Başka bir deyişle, Enrico Fermi ve Paul Dirac'ın gösterdiği üzere, Bose-Einstein istatistiğine sahip bozonların aksine fermiyonlar, belirtilen zamanda sadece bir kuantum durumuna karşılık gelebilen parçacıklardır. Eğer iki ayrı fermiyon uzayda aynı yerde tanımlanmışsa her bir fermiyonun özelliği birbirinden farklı olmak zorundadır. Örnek olarak, iki elektron bir çekirdeğin etrafında aynı orbitalde bulunacaklarsa, bu kez aynı spin durumunda olamazlar ve her orbitalde elektronun biri yukarı diğeri aşağı spin durumundadır.

Yarı iletken üzerine yapılan mekanik işin etkisiyle iletken özelliği kazanabilen, normal şartlar altında yalıtkan olan maddelerdir.

<span class="mw-page-title-main">Elektrik akımı</span> elektrik yükü akışı

Elektrik akımı, elektriksel akım veya cereyan, en kısa tanımıyla elektriksel yük taşıyan parçacıkların hareketidir. Bu yük genellikle elektrik devrelerindeki kabloların içerisinde hareket eden elektronlar tarafından taşınmaktadır. Ayrıca, elektrolit içerisindeki iyonlar tarafından ya da plazma içindeki hem iyonlar hem de elektronlar tarafından taşınabilmektedir.

Süperiletkenlik, süperiletken adı verilen maddelerin karakteristik bir kritik sıcaklığın (Tc) altında derecelere soğutulmasıyla ortaya çıkan, maddenin elektriksel direncinin sıfır olması ve manyetik değişim alanlarının ortadan kalkması şeklinde görülen bir fenomendir. 8 Nisan 1911 tarihinde Hollandalı fizikçi Heike Kamerlingh Onnes tarafından keşfedilmiştir. Ferromanyetizma ve atomik spektrumlar gibi, süperiletkenlik kuantum mekaniğine girer. Karakteristik özelliklerini Meissner efektinden alır; süperiletken, süperiletkenlik durumuna geçerken bütün manyetik alan çizgilerini içeriden dışarıya atar. Meissner efektinin görülmesi de süperiletkenliğin klasik fizik tarafından mükemmel iletkenlik olarak tasvir edilmesini olanaksız hale getirir.

Isı iletkenlik ya da termal iletkenlik, fizikte malzemenin ısı iletim kabiliyetini anlatan bir özelliktir. k harfi ile ifade edilir.

<span class="mw-page-title-main">Kimyasal bağ</span> atomları birbirine bağlanmasını ve bir arada kalmasını sağlayan kuvvet

Kimyasal bağ, atomların veya iyonların molekülleri, kristalleri ve diğer yapıları oluşturmak üzere birleşmesidir. Bağ, iyonik bağlar'da olduğu gibi zıt yüklü iyonlar arasındaki elektrostatik kuvvetten veya kovalent bağ'larda olduğu gibi elektronların paylaşılmasından veya bu etkilerin bazı kombinasyonlarından kaynaklanabilir. Açıklanan kimyasal bağların farklı mukavemetleri vardır: kovalent, iyonik ve metalik bağlar gibi "güçlü bağlar" veya "birincil bağlar" ve dipol-dipol etkileşimleri, London dağılım kuvveti ve hidrojen bağı gibi "zayıf bağlar" veya "ikincil bağlar" vardır.

<span class="mw-page-title-main">Enerji seviyesi</span>

Enerji seviyesi, atom çekirdeğinin etrafında katman katman biçiminde bulunan kısımların her biridir. Bu yörüngelerde elektronlar bulunur. Yörüngenin numarası; 1, 2, 3, 4, ... gibi sayı değerlerini alabilir. Yörünge numarasına baş kuantum sayısı da denir ve "n" ile gösterilir. Yörünge numarası ile yörüngenin çekirdeğe uzaklığı doğru orantılıdır.

<span class="mw-page-title-main">John Bardeen</span>

John Bardeen, Amerikalı bir fizikçi. Nobel Fizik Ödülü'nü iki kez alan tek kişidir: ilk olarak 1956'da transistörün icadı için William Shockley ve Walter Brattain ile; ve yine 1972'de Leon Lenon N.Cooper ve John Robert Schrieffer ile BCS teorisi olarak bilinen geleneksel süperiletkenliğin temel teorisi için çalışmalar yürütmüştür.

Yoğun madde fiziği, maddenin yoğun hallerinin fiziksel özellikleriyle ilgilenen bir fizik dalıdır. Yoğun madde fizikçileri bu hallerin davranışını fizik kurallarını kullanarak anlamaya çalışır. Bunlar özellikle kuantum mekaniği kuralları, elektromanyetizma ve istatistiksel mekaniği içerir. En bilinen yoğun fazlar katı ve sıvılardır, harici yoğun fazlar ise düşük sıcaklıktaki bazı materyaller tarafından gösterilen üstünileten faz, atom kafeslerindeki dönüşlerin ferromanyetik ve antiferromanyetik fazları ve soğuk atom sistemlerinde bulunan Bose-Einstein yoğunlaşması. Araştırma için uygun sistemlerin ve fenomenlerin çeşitliliği yoğun madde fiziğini modern fiziğinin en aktif alanı yapıyor. Her 3 Amerikan fizikçiden biri kendini yoğun madde fizikçisi olarak tanımlıyor ve Yoğun Madde Fiziği Bölümü Amerikan Fizik Topluluğu’ndaki en geniş bölümdür. Bu alan kimya, malzeme bilimi ve nano teknoloji ile örtüşür ve atom fiziği ve biyofizikle de yakından ilgilidir. Teorik yoğun madde fiziği teorik parçacık ve nükleer fizikle önemli kavramlar paylaşır.

<span class="mw-page-title-main">Fonon</span>

Fonon, bir kristal örgüsünde bulunan atomların ortak titreşimlerinin nicesidir. Fiziksel olarak bir parçacık olmadığı için genellikle parçacığımsı olarak adlandırılır. Optik ve akustik fonon olmak üzere iki çeşidi bulunur. Optik fononların enerjileri daha yüksektir ve fotonla çiftleşmeleri daha kolay olur. Akustik fononlar ise daha düşük enerjilidir.

Metal-yalıtkan geçişi, elektriksel yük iletkenliği iyi olan metallerden yük iletkenliği pasif hale getirilmiş yalıtkanlara geçişi ifade eder. Bu geçişler basınç veya yarı iletkenlerde aşılama gibi çeşitli parametrelerin değiştirilmesiyle sağlanabilir.

<span class="mw-page-title-main">Majorana fermiyonu</span>

Majorana fermiyonu veya diğer adıyla majorana parçacığı, kendi karşıt parçacığına sahip olan fermiondur. 1937 tarihinde Ettore Majorana tarafından hipotez edilmiştir. İsimlendirme bazen fermionların kendi karşıt parçacığı olmadığını savunan Dirac fermion'a karşı olarak kullanılır.

<span class="mw-page-title-main">Alan etkisi (fizik)</span>

Fizikte, Alan etkisi, elektriksel alanın uygulanması sonucu materyaldeki elektrik iletkenliğinin değişimidir. Bir metalde elektriksel alanın uygulandığı bölgenin elektron yoğunluğu yüksektir ve elektrik alan metalin içine çok kısa bir mesafede yayılabilir. Ancak bir yarı-iletken de elektriksel alanın uygulandığı bölgenin elektron yoğunluğu düşük olduğu için elektriksel alan metalin içinde uzun bir mesafeye yayılabilir. Bu yayılma yarı-iletkenin yüzeyine yakın olan kısımlarının iletkenliğini değiştirir ve buna Alan Etkisi denir. Alan etkisi, Schottky Diyotu ve Alan Etkisi Transistörünün, MOSFET, JFET ve MESFET’in, temelinde yatar.

BCS Teorisi 1911'de süperiletkenliğin bulunmasından beri süperiletkenliğin ilk mikroskopik teorisidir. Bu teori superiletkenliği Cooper çiftinin bozon haline yoğunlaşmasından kaynaklanan mikroskopik etki olarak tanımlamaktadır. Bu teori ayrıca nükleer fizikte, atomik çekirdekte nukleonların etkileşimini tanımlamada kullanılır. John Bardeen, Leon Cooper ve John Robert Schrieffer (“BCS”) tarafından 1957 de hazırlandı ve 1972 de Nobel fizik ödülünü aldılar.

Fizikte efektif alan teorisi; istatistiksel mekanik model teorisi ya da kuantum alan kuramı gibi, altta yatan fiziksel kurama bir yaklaşma/yaklaştırma modeli. Efektif alan teorisinde, seçilen bir enerji ya da uzunluk ölçeğinde meydana gelen fiziksel olayları açıklamak için; kısa mesafelerde serbestlik derecelerini ve altyapıyı göz ardı ederek, serbestlik derecelerinin uygunluğunu içermektedir.

<span class="mw-page-title-main">Yüksek sıcaklık süperiletkenliği</span> alışılmadık derecede yüksek sıcaklıklarda süper iletkenler gibi davranan malzeme

Yüksek sıcaklık süperiletkenleri, normalin üzerinde sıcaklıklarda süperiletken olarak davranan materyallerdir. İlk yüksek sıcaklık süperiletkeni, 1986’da IBM araştırmacıları Georg Bednorz ve K. Alex Müller tarafından keşfedilmiştir ve 1987’de seramik materyalindeki yüksek iletkenlik keşfinde önemli atılımlarından dolayı Nobel Fizik Ödülü ile ödüllendirilmişlerdir. Sıradan ya da metalik süperiletkenler genellikle 30 Kelvin (-243,15 °C) altında geçiş sıcaklıklarına sahipken yüksek sıcaklık süperiletkenleri 138 K (-135,15 °C) kadar iletkenlik sıcaklıklarıyla gözlemlenir. 2008’e kadar sadece belirli bakır ve oksijen bileşiklerinin (kupratlar) yüksek sıcaklık süperiletkenlik özelliklerine sahip olduğuna inanılıyordu ve yüksek sıcaklık süperiletkenlik terimi bizmut, stronsiyum, kalsiyum, itriyum, baryum gibi bileşikler için bakır oksijen süperiletkenleri yerine kullanılıyordu; fakat şu an birçok demir bileşiğinin yüksek sıcaklıklarda süperiletkenliği biliniyor.

<span class="mw-page-title-main">Korona deşarjı</span>

Korona deşarjı; yüksek gerilimli bir iletkenin, etrafını saran hava gibi akışkanların iyonlaşmasıyla oluşan elektriksel bir deşarjdır. Havanın elektriksel bir kırılım geçirip iletkenleşmesi ve yükün iletkenden akışkana sızmasını sağlar. Korona deşarjı, iletkenin etrafındaki elektrik alanın, havanın dielektrik dayanımını aştığı yerlerde oluşur. Genellikle nemli ve sisli havalarda görülen bu deşarj işlemi radyal olarak dışarıya mor renkli ışık halkaları emite eder. Kendiliğinden meydana gelen korona deşarjı doğal olarak eğer elektrik alanı şiddetinin limiti sonsuza gitmiyorsa yüksek voltajlı sistemlerde açığa çıkar. Genellikle yüksek voltaj taşıyan iletkenlerin havaya bitişik sivri noktalarında, mavimsi bir parıltı olarak görülür ve bir gaz deşarj lambasıyla aynı özellikte ışık yayar.

<span class="mw-page-title-main">Elektriksel özdirenç ve iletkenlik</span> Wikimedia anlam ayrımı sayfası

Elektriksel öz direnç, belirli bir malzemenin elektrik akımının akışına karşı nicelleştiren bir özelliktir. Düşük bir direnç kolaylıkla elektrik akımının akışını sağlayan bir malzeme anlamına gelir. Karşıt değeri, elektrik akımının geçiş kolaylığını ölçen elektriksel iletkenliktir. Elektriksel direnç, mekanik sürtünme ile kavramsal paralelliklere sahiptir. Elektriksel direncin SI birimi ohm, elektriksel iletkenliğin birimi ise siemens (birim) (S)'dir.

Fizikte sanal parçacık, sıradan parçacıkların özelliklerini sergileyen fakat sınırlı bir süreliğine var olan geçici dalgalanma olarak tanımlanır. Sanal parçacık kavramı sıradan parçacıklar arasındaki etkileşimi sanal parçacıklar arasındaki değiş tokuş olarak tanımlayan kuantum alan teorisinin Pertürbasyon teorisi kısmında ortaya çıkar. Sanal parçacıkları içeren herhangi bir süreç sanal parçacıkları iç çizgilerle temsil eden ve Feynman diyagramı olarak bilinen şematik tasarımı doğrular.

<span class="mw-page-title-main">Elektron-pozitron annihilasyonu</span>

Elektron-pozitron anhilasyonu, bir elektron ve bir pozitron çarpıştığı zaman oluşur. Düşük enerjilerde, çarpışmanın sonucu elektron ve pozitronun anhilasyonu (imhası) ve gama ışını fotonlarının oluşmasıdır:


e-
 + 
e+
 → 
γ
 + 
γ

Bu sayfa, bu Vikipedi makalesine dayanmaktadır.
Metin, CC BY-SA 4.0 lisansı altında mevcuttur; ek koşullar uygulanabilir.
Görseller, videolar ve sesler kendi lisansları altında mevcuttur.