הצגת המקור של הדף "זוג קופר"

ב[[פיזיקה של חומר מעובה]], '''זוג קופר''', או '''זוג BCS''', הוא זוג [[אלקטרון|אלקטרונים]] (או [[פרמיון|פרמיונים]] אחרים) הקשורים יחדיו בטמפרטורה נמוכה. המצב תואר לראשונה בשנת 1956 על ידי הפיזיקאי האמריקאי [[לאון קופר]].{{הערה|
{{cite journal
| last = Cooper | first = Leon N.
| title = Bound electron pairs in a degenerate Fermi gas
| journal = [[Physical Review]]
| volume = 104 | issue = 4 | pages = 1189–1190
| year = 1956
| doi = 10.1103/PhysRev.104.1189
|bibcode = 1956PhRv..104.1189C }}}} קופר הראה כי משיכה קטנה בין אלקטרונים במתכת יכולה לגרום למצבים של שני אלקטרונים להיקשר זה לזה. ב[[מוליכות-על]] קונבנציונלית, המשיכה נגרמת כתוצאה מאינטראקציית [[אלקטרון]]-[[פונון]]. מצב של זוג קופר הוא הגורם למוליכות על, כפי שמתואר על ידי [[מוליכות-על#תאוריית BCS|תאוריית BCS]] שפותחה על ידי [[ג'ון ברדין]], [[לאון קופר]] ו[[ג'ון שרייפר]], שזכו עליה ב[[פרס נובל]] בשנת 1972.{{הערה|שם=Hyperphysics|
{{cite web
| last = Nave | first = Carl R.
| title = Cooper Pairs
| work = [[Hyperphysics]]
| publisher = Dept. of Physics and Astronomy, Georgia State Univ.
| year = 2006
| url = http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/Hbase/solids/coop.html
| accessdate = 2008-07-24
}}}}

למרות שזיווג קופר הוא אפקט קוונטי, ניתן להסביר את התופעה באמצעים קלאסיים מופשטים.{{הערה|שם=Hyperphysics}}{{הערה|
{{cite journal
|title=Spatial Structure of the Cooper Pair
|last1=Kadin | first1=Alan M.
|year=2005
|doi=10.1007/s10948-006-0198-z
|journal=Journal of Superconductivity and Novel Magnetism
|volume=20
|issue=4
|pages=285
|arxiv=cond-mat/0510279
}}}} אלקטרון במתכת לרוב מתנהג כחלקיק חופשי. שאר האלקטרונים דוחים את האלקטרון על ידי [[מטען חשמלי|מטענם]] השלילי, וה[[יון|יונים]] החיוביים מושכים אותו ויוצרים את הסריג הקשיח במתכת. משיכה זו מעוותת את הסריג היוני על ידי קירוב האלקטרונים ליונים, ומגדילה את [[צפיפות מטען|צפיפות המטען]] החיובי של הסריג בקרבת האלקטרון. המטען החיובי יכול כעת למשוך אלקטרונים נוספים. משיכה זו יכולה להתגבר על הדחייה מהאלקטרונים הקרבים ולגרום להם להפוך לזוג.

אנרגיית הצימוד היא חלשה, מסדר גודל של <math>{10}^{-3} eV</math>, והאנרגיה התרמודינמית יכולה להפריד בקלות בין הזוגות. על כן, רק בטמפרטורות נמוכות נצפה שמספר משמעותי של אלקטרונים יימצאו בזוגות קופר. 

האלקטרונים בזוגות לא בהכרח קרובים, היות שהאינטראקציה היא לטווח ארוך, ועל כן הם יכולים להיות במרחק של מאות ננומטרים זה מזה. מרחק זה גדול לרוב מהמרחק הבין-אלקטרוני, ולכן זוגות קופר רבים תופסים את אותו המרחב.{{הערה|
{{cite book
| last = Feynman | first = Richard P.
| author2 = Leighton, Robert | author3 = Sands, Matthew
| title = Lectures on Physics, Vol.3
| url = https://archive.org/details/feynmanlectureso03feyn | publisher = [[Addison–Wesley]]
| year = 1965
| pages = [https://archive.org/details/feynmanlectureso03feyn/page/n292 21]–7, 8
| isbn = 0-201-02118-8
}}}} זוג קופר הוא [[בוזון]] אפקטיבי המורכב משני אלקטרונים בעלי [[ספין (פיזיקה)|ספין]] חצי, ועל כן הספין שלו יכול להיות 0 או 1. משמעות הדבר היא שפונקציית הגל שלו היא סימטרית תחת חילוף חלקיקים, ו[[עקרון האיסור של פאולי]] לא חל עליו. 

תאוריית BCS שמישה גם למערכות של פרמיונים אחרים, כמו [[הליום-3]]. אכן, זוגות קופר גורמים ל[[נוזל-על|נוזליות-על]] של הליום-3 בטמפרטורות נמוכות. ניתן גם להרכיב זוגות קופר משני בוזונים.{{הערה|[http://www.optical-lattice.com/index.php?lattice-site=cooper-pairs Cooper Pairs of Bosons]}} כאן הזיווג נוצר באמצעות שזירה בסריג אופטי. 

==קשר ל[[מוליכות-על]]==
הנטייה של זוגות קופר במערכת היא 'להתעבות' למצב היסוד הקוונטי שאחראי לתכונות הייחודיות של מוליכות-על. 

קופר התייחס במקור רק למקרה של זוג מבודד במתכת. מאוחר יותר, כאשר הוא התייחס למצב יותר מציאותי של ריבוי זוגות אלקטרונים, כפי שהובהר בתאוריית BCS, הוא מצא שהזיווג פותח פער בספקטרום רציף של [[רמת אנרגיה|רמות אנרגיה]] מותרות של האלקטרונים, כך שכל [[עירור]] של המערכת חייב להיות בעל כמות מינימלית כלשהי של אנרגיה. פער העירור הזה מוביל למוליכות-על, שכן עירור קטן (כגון פיזור של אלקטרונים) הוא אסור.{{הערה|
{{cite web
| last = Nave
| first = Carl R.
| title = The BCS Theory of Superconductivity
| work = [[Hyperphysics]]
| publisher = Dept. of Physics and Astronomy, Georgia State Univ.
| year = 2006
| url = http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/solids/bcs.html#c1
| accessdate = 2008-07-24}}}}

[[הרברט פרוליך]] הציע לראשונה כי האלקטרונים מתנהגים כזוגות המצומדים על ידי תנודות בסריג המתכת.{{הערה|שם=Hyperphysics}} ניתן להסיק זאת באמצעות [[מוליכות-על#אפקט האיזוטופ|אפקט האיזוטופ]] הנפצה במוליכי-על. 

התאוריה של קופר היא כללית למדי ובלתי תלויה באינטראקציה הספציפית בין האלקטרון לפונון. תאורטיקנים מהתחום של חומר מעובה הציעו מנגנון זיווג המבוסס על קשר אחר בין אלקטרון ל[[אקסיטון]] או בין אלקטרון ל[[פלזמון]], אך טרם נצפתה אינטראקציית זיווג שכזו במתכת. 

==הערות שוליים==
{{הערות שוליים|יישור=שמאל}}

{{בקרת זהויות}}

[[קטגוריה:ערכים שבהם תבנית בריטניקה אינה מתאימה]]
[[קטגוריה:פיזיקה של חומר מעובה]]