Dalam
fizik jirim termampat,
pasangan Cooper atau
pasangan BCS (
Inggeris: Cooper pair) ialah dua elektron (atau
fermion-fermion lain) yang terikat bersama pada suhu rendah dalam cara tertentu. Ia pertama kali diterangkan oleh
Leon Cooper, seorang ahli fizik Amerika pada tahun 1956.
[1] Cooper menunjukkan bahawa satu tarikan kecil rambang antara elektron dalam suatu
logam boleh menyebabkan keadaan elektron yang dipasangkan mempunyai tenaga yang lebih rendah daripada
tenaga Fermi yang menandakan bahawa pasangan ini terikat. Dalam
pengalir lampau lazim, tindak balas ini disebabkan oleh interaksi
elektron-
fonon. Keadaan pasangan Cooper ini adalah apa yang menyebabkan pengaliran lampau, seperti yang dijelaskan oleh
teori BCS yang dibangunkan oleh
John Bardeen,
Leon Cooper dan
John Schrieffer. Mereka berkongsi
Hadiah Nobel untuk teori ini.
[2]Walaupun pemasangan Cooper ialah kesan kuantum, sebab bagi pemasangan ini boleh dijelaskan dengan penjelasan klasik yang ringkas.
[2][3] Elektron dalam logam biasanya berperilaku seperti zarah bebas. Elektron ini ditolak dari elektron lain disebabkan
cas negatif mereka, tetapi ia juga menarik
ion-ion positif yang membentuk kekisi tegar logam itu. Daya tarikan ini mengherotkan kekisi ion, menggerakkan ion-ion lebih dekat dengan elektron, meningkatkan kepadatan cas positif kekisi dalam kawasan itu. Cas positif ini boleh menarik elektron-elektron lain. Dalam jarak jauh, tarikan antara elektron yang disebabkan oleh ion-ion teralih ini boleh mengatasi daya tolakan elektron-elektron disebabkan cas negatif mereka, dan menyebabkan mereka untuk berpasangan. Penjelasan mekanik kuantum yang lebih ketat menunjukkan bahawa kesan ini disebabkan oleh interaksi elektron-
fonon.Tenaga interaksi berpasangan ini agak lemah, iaitu sekitar 10-3
eV, dan tenaga haba boleh meleraikan pasangan ini dengan mudah. Oleh itu hanya pada suhu yang rendah, sejumlah besar elektron-elektron dalam pasangan Cooper dalam logam boleh ditemui. Elektron-elektron dalam satu pasangan tidak semestinya rapat; oleh kerana interaksi ini adalah interaksi jarak jauh, pasangan elektron boleh jadi beberapa ratus
nanometer antara satu sama lain. Jarak ini biasanya lebih besar daripada jarak interaksi biasa, oleh itu banyak pasangan Cooper boleh menduduki ruang yang sama.
[4] Elektron mempunyai
spin-1⁄2, oleh itu ia adalah
fermion, tetapi pasangan Cooper ialah
boson gabungan kerana jumlah spinnya adalah integer (0 atau 1). Maksudnya, fungsi gelombangnya adalah simetri di bawah pertukaran zarah, dan mereka dibenarkan berada dalam keadaan yang sama. Kecenderungan untuk semua pasangan Cooper dalam satu jasad untuk '
memeluwap' kepada
keadaan kuantum asas yang sama bertanggungjawab bagi ciri-ciri aneh pengaliran lampau.Teori BCS juga boleh digunapakai untuk sistem fermion yang lain seperti
helium-3. Sesungguhnya, pasangan Cooper bertanggungjawab untuk
kebendaliran lampau helium-3 pada suhu rendah. Baru-baru ini juga telah ditunjukkan bahawa satu pasangan Cooper boleh terdiri daripada dua boson.
[5] Di sini, pasangan ini disokong oleh kekusutan dalam kekisi optikal.