Superkonduktivitas
Di bawah suhu kritis, material tertentu menghantarkan listrik dengan resistansi nol dan mengusir medan magnet, suatu keadaan kuantum makroskopis yang dijelaskan oleh pemasangan elektron.
Definition
Superkonduktivitas adalah fase termodinamika, yang dimasuki di bawah suhu kritis, di mana elektron berikatan menjadi pasangan Cooper yang mengembun menjadi satu keadaan kuantum koheren, menghasilkan resistansi listrik nol dan pengusiran fluks magnetik yang dikenal sebagai efek Meissner.
Scope
Area ini mencakup fenomenologi dan teori mikroskopis superkonduktivitas: resistansi nol dan efek Meissner, teori fenomenologis London dan Ginzburg-Landau, teori BCS tentang pemasangan Cooper, perilaku tipe-I dan tipe-II dengan vorteks fluks, efek Josephson, dan superkonduktor kuprat dan berbasis besi suhu tinggi yang masih belum dapat dijelaskan. Ini memperlakukan keadaan superkonduktor sebagai fenomena kuantum makroskopis dan menghubungkannya dengan magnetisme, fonon, dan korelasi elektron yang kuat.
Sub-topics
Core questions
- Mengapa superkonduktor mengusir medan magnet (efek Meissner) daripada hanya memiliki resistansi nol?
- Bagaimana mekanisme BCS memungkinkan elektron, yang saling tolak-menolak, berikatan menjadi pasangan Cooper?
- Apa yang membedakan superkonduktor tipe-I dari tipe-II, dan bagaimana vorteks fluks muncul?
- Mengapa superkonduktor kuprat suhu tinggi tetap tidak dapat dijelaskan oleh teori BCS konvensional?
Key concepts
- Resistansi nol dan efek Meissner
- Pasangan Cooper dan celah energi superkonduktor
- Teori London dan Ginzburg-Landau
- Superkonduktor tipe-I, tipe-II, dan vorteks fluks
- Efek Josephson dan koherensi fase makroskopis
Key theories
- Teori BCS
- Bardeen, Cooper, dan Schrieffer menunjukkan bahwa tarikan lemah yang dimediasi fonon mengikat elektron di dekat permukaan Fermi menjadi pasangan Cooper yang mengembun menjadi keadaan koheren dengan celah energi, menjelaskan resistansi nol, efek Meissner, dan efek isotop.
- Teori Ginzburg-Landau
- Teori parameter orde fenomenologis menjelaskan transisi superkonduktor dan variasi spasial kondensat; rasio kedalaman penetrasi terhadap panjang koherensi mengklasifikasikan superkonduktor sebagai tipe-I atau tipe-II dan memprediksi kisi vorteks Abrikosov.
Clinical relevance
Superkonduktor memungkinkan transmisi daya tanpa rugi, magnet medan tinggi yang digunakan dalam pemindai MRI dan akselerator partikel, serta magnetometer SQUID ultrasensitif dan qubit komputasi kuantum berdasarkan efek Josephson; superkonduktivitas suhu tinggi tetap menjadi salah satu masalah terbuka sentral dalam fisika.
History
Kamerlingh Onnes menemukan superkonduktivitas pada merkuri pada tahun 1911; efek Meissner (1933) serta fenomenologi London dan Ginzburg-Landau mendahului teori mikroskopis BCS tahun 1957, dan penemuan superkonduktivitas kuprat pada tahun 1986 oleh Bednorz dan Müller membuka bab superkonduktivitas suhu tinggi yang masih terbuka.
Debates
- Mekanisme superkonduktivitas suhu tinggi
- Mekanisme pemasangan pada kuprat dan superkonduktor non-konvensional lainnya belum terselesaikan; apakah itu didorong oleh fluktuasi spin, korelasi elektronik lainnya, atau beberapa proses yang dibantu fonon tetap menjadi pertanyaan aktif dan belum terpecahkan.
Key figures
- John Bardeen
- Heike Kamerlingh Onnes
- Vitaly Ginzburg
Related topics
Seminal works
- bardeen1957
- bednorz1986
- tinkham2004
Frequently asked questions
- Apakah superkonduktor hanyalah konduktor sempurna?
- Tidak. Konduktor sempurna hanya akan menjebak medan apa pun yang ada; superkonduktor secara aktif mengusir fluks magnetik (efek Meissner), yang menandainya sebagai fase termodinamika yang berbeda daripada sekadar logam tanpa resistansi.
- Bagaimana elektron yang saling tolak-menolak dapat berpasangan?
- Pada superkonduktor konvensional, satu elektron mendistorsi kisi ion positif, dan konsentrasi muatan positif yang dihasilkan menarik elektron kedua; tarikan yang dimediasi fonon ini dapat mengatasi tolakan Coulomb yang terlayar dan mengikat pasangan Cooper.