बीसीएस सिद्धांत और कूपर युग्मन
अतिचालकता का सूक्ष्मदर्शीय सिद्धांत दर्शाता है कि एक सूक्ष्म फोनन-मध्यस्थ आकर्षण इलेक्ट्रॉनों को कूपर युग्मों में बांधता है जो एक ऊर्जा अंतराल के साथ एक एकल सुसंगत अवस्था में संघनित होते हैं।
Definition
बीसीएस सिद्धांत पारंपरिक अतिचालकता का सूक्ष्मदर्शीय सिद्धांत है जिसमें एक कमजोर फोनन-मध्यस्थ आकर्षण फर्मी सतह के पास विपरीत संवेग और स्पिन के इलेक्ट्रॉनों को कूपर युग्मों में बांधता है जो एक सुसंगत मूल अवस्था में संघनित होते हैं जो उत्तेजनाओं से एक ऊर्जा अंतराल द्वारा अलग होते हैं।
Scope
यह विषय बार्डीन-कूपर-श्रीफर सिद्धांत को शामिल करता है: कूपर का प्रदर्शन कि कोई भी आकर्षण आबद्ध युग्मों के निर्माण से फर्मी समुद्र को अस्थिर करता है, उस आकर्षण का फोनन-मध्यस्थ मूल, संघनित कूपर युग्मों की बीसीएस मूल अवस्था, अतिचालक ऊर्जा अंतराल और उसकी तापमान निर्भरता, और क्रांतिक तापमान, विशिष्ट-ऊष्मा उछाल, और समस्थानिक प्रभाव के लिए भविष्यवाणियाँ। यह सूक्ष्मदर्शीय आधार है जिसकी लंदन और गिंज़बर्ग-लैंडौ घटना विज्ञान ने प्रत्याशा की थी।
Core questions
- मनमाने ढंग से कमजोर आकर्षण सामान्य फर्मी समुद्र को युग्मन के प्रति अस्थिर क्यों बनाता है?
- जाली कंपन इलेक्ट्रॉनों के बीच एक प्रभावी आकर्षण को कैसे मध्यस्थ करते हैं?
- अतिचालक ऊर्जा अंतराल क्या है, और यह क्रांतिक तापमान से कैसे संबंधित है?
- कौन से प्रायोगिक तथ्य, जैसे समस्थानिक प्रभाव और विशिष्ट-ऊष्मा उछाल, बीसीएस सिद्धांत समझाता है?
Key concepts
- कूपर युग्म और कूपर अस्थिरता
- फोनन-मध्यस्थ आकर्षण
- बीसीएस मूल अवस्था और संघनित
- अतिचालक ऊर्जा अंतराल
- समस्थानिक प्रभाव और क्रांतिक तापमान
Key theories
- कूपर अस्थिरता
- कूपर ने दिखाया कि एक भरे हुए फर्मी समुद्र के ठीक ऊपर के दो इलेक्ट्रॉन किसी भी आकर्षक अंतःक्रिया के लिए एक आबद्ध युग्म बनाते हैं, चाहे वह कितनी भी कमजोर क्यों न हो, इसलिए सामान्य धात्विक अवस्था युग्मन के प्रति अस्थिर होती है और एक नई मूल अवस्था बननी चाहिए।
- बीसीएस मूल अवस्था
- बार्डीन, कूपर और श्रीफर ने संघनित कूपर युग्मों की एक सुसंगत बहु-निकाय तरंग क्रिया का निर्माण किया जो फर्मी सतह पर एक ऊर्जा अंतराल खोलता है और क्रांतिक तापमान, विशिष्ट-ऊष्मा उछाल और समस्थानिक प्रभाव की मात्रात्मक रूप से भविष्यवाणी करता है।
Clinical relevance
बीसीएस सिद्धांत चुंबकों, संवेदकों और त्वरकों में उपयोग किए जाने वाले पारंपरिक अतिचालकों के गुणों की व्याख्या और भविष्यवाणी करता है, और युग्मन और संघनन की इसकी अवधारणाएं भौतिकी में बार-बार आती हैं, सुपरफ्लुइड हीलियम-3 से लेकर न्यूट्रॉन सितारों और कण भौतिकी में हिग्स तंत्र सादृश्य तक।
History
फ्रॉहलिच द्वारा इलेक्ट्रॉन-फोनन अंतःक्रिया की पहचान करने और समस्थानिक प्रभाव के फोनन की ओर इशारा करने के बाद, कूपर ने 1956 में दिखाया कि युग्मित इलेक्ट्रॉन बंधते हैं, और 1957 में बार्डीन, कूपर और श्रीफर ने सूक्ष्मदर्शीय सिद्धांत को पूरा किया, इस कार्य के लिए उन्हें 1972 में भौतिकी का नोबेल पुरस्कार मिला।
Key figures
- John Bardeen
- Leon Cooper
- John Robert Schrieffer
Related topics
Seminal works
- bardeen1957
- cooper1956
Frequently asked questions
- दो ऋणात्मक आवेशित इलेक्ट्रॉन एक दूसरे को कैसे आकर्षित कर सकते हैं?
- एक इलेक्ट्रॉन धनात्मक आयनों की जाली को विकृत करता है, उन्हें अंदर की ओर खींचता है; परिणामस्वरूप धनात्मक आवेश का क्षणिक अधिशेष दूसरे इलेक्ट्रॉन को आकर्षित करता है। यह मंदित, फोनन-मध्यस्थ अंतःक्रिया परिरक्षित कूलम्ब प्रतिकर्षण को पछाड़ सकती है और एक कूपर युग्म को बांध सकती है।
- ऊर्जा अंतराल की क्या भूमिका है?
- संघनित कूपर युग्म किसी भी उत्तेजित अवस्था से एक ऊर्जा अंतराल द्वारा अलग होते हैं, इसलिए कम-ऊर्जा प्रकीर्णन जो धारा को नष्ट कर देगा, निषिद्ध है; यह अंतराल ही है जो एक पारंपरिक अतिचालक को उसका शून्य प्रतिरोध और उसके घातीय तापीय गुण प्रदान करता है।