زوج كوبر

التاريخ

تنبأ ليون كوبر بالأزواج في عام 1956، ثم بنى جون باردين وليون كوبر وجون شريفر على أساسها نظرية الموصلية الفائقة (BCS).

كيف يعمل

حين يمر إلكترون بالقرب من أيونات، يجذبها إليه قليلًا، محدثًا منطقة ذات شحنة موجبة زائدة. يستشعر إلكترون ثانٍ هذا التجاذب فيقترب، مكونًا زوجًا.

التاريخ

تنبأ ليون كوبر بالأزواج في عام 1956، ثم بنى جون باردين وليون كوبر وجون شريفر على أساسها نظرية الموصلية الفائقة (BCS).

كيف يعمل

حين يمر إلكترون بالقرب من أيونات، يجذبها إليه قليلًا، محدثًا منطقة ذات شحنة موجبة زائدة. يستشعر إلكترون ثانٍ هذا التجاذب فيقترب، مكونًا زوجًا.

التاريخ

بيّن ليون كوبر في عام 1956 أنه في غاز فرميوني منحط، يؤدي أي تجاذب بين الإلكترونات مهما كان ضعيفًا إلى تشكل حالة مرتبطة لإلكترونين - زوج كوبر. في عام 1957، عمم جون باردين وليون كوبر وجون شريفر ذلك على نظام متعدد الجسيمات، مؤسسين النظرية المجهرية للموصلية الفائقة (BCS). تم التحقق تجريبيًا من وجود الأزواج عبر تأثيرات النفق (إيفور جييفر، 1960) والملاحظة المباشرة للفجوة فائقة التوصيل في الطيف.

كيف يعمل

يتحرك إلكترون التوصيل في الشبكة البلورية ويستقطبها، مزيحًا الأيونات الموجبة عن وضع اتزانها. يُنشئ هذا فائضًا موضعيًا من الشحنة الموجبة يجذب إلكترونًا آخر. وبسبب عطالة الأيونات، يصبح التفاعل متأخرًا، مما يسمح بتجنب التنافر الكولومي الآني. في فضاء الاندفاع، يكون التجاذب أعظميًا للإلكترونات ذات متجهات الموجة المتعاكسة (k و -k) والدوران المتوازي المضاد. وفقًا لمبدأ باولي، لا يمكن لفرميونين أن يحتلا نفس الحالة، لكن زوجًا ذا spin صحيح يتصرف كبوزون، خاضعًا لإحصاء بوز-أينشتاين. تضمن نظرية العلاقة بين spin والإحصاء أن أزواج كوبر يمكن أن تتراكم في الحالة الأرضية، مكونةً مكثفًا كموميًا ماكروسكوبيًا. تحدد طاقة ربط الزوج مقدار الفجوة فائقة التوصيل Δ التي تحمي التيار من التبدد.

مسائل مفتوحة وحقائق طريفة

آلية الازدواج في الموصلات الفائقة عالية الحرارة لا تزال غير واضحة.; البحث عن حالات فائقة التوصيل بدون أزواج كوبر (مثلاً، في المواد التوبولوجية).; إمكانية استقرار أزواج كوبر في درجة حرارة الغرفة.

💡 في الكيوبتات فائقة التوصيل (الحواسيب الكمومية)، تنفق أزواج كوبر عبر وصلات جوزيفسون، منشئةً ذرات اصطناعية بمستويات طاقة قابلة للتحكم.