Par de Cooper

 

Ilustración esquemática da interacción dos pares de Cooper en superconductores segundo a teoría BCS.

Un par de Cooper é un par de electróns libres dentro dun sólido que actúan xuntos como unha soa cuasipartícula e dan lugar en gran cantidade a supercondutividade.

Os pares de electróns enlazados coñécense como pares de Cooper porque no estado supercondutor ambas partículas compórtanse coma se se atraesen, a pesar de teren ambas cargas. do mesmo signo, porque interatúan a través da rede cristalina formada polos ións positivos do metal.

Leva o nome de Leon N. Cooper, quen demostrou en 1956 que unha pequena atracción arbitraria entre electróns nun metal pode provocar un estado de paridade electrónica que ten unha enerxía menor que a enerxía de Fermi do sistema, o que implica que o par está unido. En materiais supercondutores convencionais, esta atracción é causada pola interacción electrón-fonón. A comprensión deste proceso e a súa formalización constitúe a base para o desenvolvemento da teoría BCS, proposta por John Bardeen, John Schrieffer e Leon Cooper, que recibiron o Premio Nobel de Física en 1972 pola súa contribución.

Explicación

Os físicos explican a supercondutividade describindo o que ocorre a macroescala cando as temperaturas baixan. A enerxía térmica nun sólido ou líquido axita os átomos de xeito que vibren aleatoriamente, pero isto vai a menos cando a temperatura baixa. Os electróns levan a mesma carga eléctrica negativa que fai que se repelan entre si. A temperaturas máis altas cada electrón non unido compórtase coma se fose unha partícula libre. Non obstante, tamén hai unha atracción moi débil entre os electróns cando están en calquera sólido ou líquido. Isto débese á forma en que os electróns unidos distorsionan o espazamento da estrutura atómica na que se atopan. A distancias relativamente grandes (moitos centos de nanómetros de distancia) e temperaturas baixas (preto do cero absoluto ), o efecto atractivo e a falta de enerxía térmica permiten que pares de electróns colguen xuntos. Isto chámase par de cooper e é unha cuasipartícula, é dicir, actúa como se fose un novo tipo de partícula en si mesma, aínda que está formada por dous electróns fundamentais.

A superposición dos pares de Cooper pode ocorrer no mesmo espazo nanométrico. Ao seren agrupados, os pares de electróns comportanse como un bosón, permitindo que o movemento conxunto de todos os pares de Cooper nun único supercondutor se sincronice, actuando como unha entidade unificada. Este fenómeno é recoñecido como condensación de Bose-Einstein. Os pares de Cooper, ao formar este estado condensado, propician un medio superfluído ou supercondutor onde se suprimen perturbacións menores, como a dispersión de electróns, sempre que se manteñan baixas as temperaturas. Isto resulta nun material que non presenta resistencia ao fluxo de corrente eléctrica, definíndose, así, como supercondutor.

Véxase tamén

• Condensado de Bose-Einstein
• Física de baixas temperaturas
• Material supercondutor
• Mecánica Cuántica
• Supercondutividade
• Teoría BCS

Ligazóns externas

• Superconductors.org: Unha introdución á supercondutividade (en inglés)

----

Este artigo sobre física é, polo de agora, só un bosquexo. Traballa nel para axudar a contribuír a que a Galipedia mellore e medre.  Existen igualmente outros artigos relacionados con este tema nos que tamén podes contribuír.

---