Quasideeltje
Quasideeltjes en collectieve excitaties zijn in de natuurkunde nauw verwante begrippen om emergente verschijnselen te beschrijven. Ze treden op in microscopische ingewikkelde systemen zoals een vaste stof, waarin de samenstellende deeltjes sterk met elkaar wisselwerken. Met denkbeeldige deeltjes, quasideeltjes die niet of eenvoudiger beïnvloed worden door hun omgeving, kan het systeem makkelijker begrepen worden.
Als bijvoorbeeld een elektron door een halfgeleider loopt wordt zijn beweging verstoord door wisselwerkingen met alle andere elektronen en atoomkernen in de halfgeleider. Bij benadering gedraagt het elektron zich als een vrij elektron als er een andere effectieve massa aan wordt toegekend: een quasi-elektron.[1] De gezamenlijke beweging van elektronen in de valentieband van een halfgeleider lijkt alsof positief geladen quasideeltjes, elektronengaten, de andere kant op lopen. Andere quasideeltjes en collectieve excitaties zijn onder meer fononen (quasideeltjes waarmee de trillingen van atomen in een vaste stof worden beschreven) en plasmonen (idem voor plasma-oscillaties). Een quasideeltje kan ook door verscheidene deeltjes gevormd worden.
Deze denkbeeldige deeltjes heten doorgaans "quasideeltjes" als ze fermionen zijn (zoals elektronen en gaten), maar "collectieve excitaties" als het om bosonen als fononen en plasmonen gaat [2], hoewel dit onderscheid niet altijd gemaakt wordt. [3] Quasideeltjes zijn vooral van belang voor de vastestoffysica, waar ze een van de weinige methoden vormen om kwantummechanische veeldeeltjes-problemen te vereenvoudigen, maar ze kunnen ook elders helpen.
Voorbeelden
Eenvoudige voorbeelden
- Een elektron-quasideeltje, een denkbeeldig elektron met een afwijkende massa in vaste stoffen[4]
- Een elektronengat, een ontbrekend elektron in de valentieband van een halfgeleider heeft een positieve lading.[4]
- Een fonon, een gezamenlijke trilling van atomen in een stijf kristalrooster. Het vormt een kwantum van een geluidsgolf.
- Een magnon is een gezamenlijke excitatie [4] van de elektronspins in een kristalrooster, een kwantum van een spingolf.
- Een roton is een collectieve excitatie door de draaiing van een vloeistof (vaak een superfluid). Het is een kwantum van een vortex.
- In materialen is een foton quasideeltje is een foton met een andere dispersierelatie (verband tussen golflengte en energie) dan in vacuüm, die tot uitdrukking komt in de brekingsindex. Hij heet ook wel polariton, vooral bij een resonantie van het materiaal.
- Een plasmon treedt op als alle elektronen tegelijk ten opzichte van de ionen trillen.
- Een polaron ontstaat als een elektron in wisselwerking treedt met de polarisatie van omliggende ionen.
Gespecialiseerde voorbeelden
- Samengestelde fermionen komen voor in twee-dimensionale systeem in een sterk magnetisch veld, vooral systeem die het fractionele kwantum Hall-effect vertonen.[5]
- Stoner-excitaties in ferromagnetische metalen
- Bogoliubov-quasideeltjes in supergeleiders. [6][7]
- Majorana-fermionen zijn quasideeltjes die hun eigen antideeltje vormen en kunnen optreden in supergeleiders.
- Magnetische monopolen
- ↑ E. Kaxiras, Atomic and Electronic Structure of Solids, ISBN 0521523397, p 65-69
- ↑ E. Kaxiras, Atomic and Electronic Structure of Solids, ISBN 0521523397, p 65-69
- ↑ A guide to Feynman diagrams in the many-body problem, Richard D. Mattuck, p10. "..Het quasideeltje bestaat uit een oorspronkelijke echt individueel deeltje, plus een wolk van beïnvloede buren. Het gedraagt zich min of meer als een individueel deeltje, maar met een effectieve massa en levensduur. Maar er zijn andere soorten denkbeeldige deeltjes in veeldeeltjes-problemen, namelijk 'collectieve excitaties'. Hier staan geen individuele deeltjes centraal, maar gaat het eerder om een golvende groepsbeweging van alle deeltjes in het systeem teggelijk."
- ↑ a b c E. Kaxiras, Atomic and Electronic Structure of Solids, ISBN 0521523397, pages 65-69.
- ↑ Physics Today Article
- ↑ Josephson Junctions. Science and Technology Review. Lawrence Livermore National Laboratory.
- ↑ J. E. Hoffman et. al. (2002). Imaging Quasiparticle Interference in Bi2Sr2CaCu2O8+. Science 297 (5584): 1148–51. PMID 12142440. DOI: 10.1126/science.1072640.
Externe links
- (en) PhysOrg.com – Onderzoekers vinden nieuwe 'quasideeltjes'
- (en) Curious 'quasiparticles' baffle physicists door Jacqui Hayes, Cosmos 6 juni 2008. Gezien op juni 2008
Literatuur
- L. D. Landau, Soviet Phys. JETP. 3:920 (1957)
- L. D. Landau, Soviet Phys. JETP. 5:101 (1957)
- A. A. Abrikosov, L. P. Gorkov, en I. E. Dzyaloshinski, Methods of Quantum Field Theory in Statistical Physics (1963, 1975). Prentice-Hall, New Jersey; Dover Publications, New York.
- D. Pines, en P. Nozières, The Theory of Quantum Liquids (1966). W.A. Benjamin, New York. Volume I: Normal Fermi Liquids (1999). Westview Press, Boulder.
- J. W. Negele, en H. Orland, Quantum Many-Particle Systems (1998). Westview Press, Boulder