Dalam fisika, kuasipartikel dan eksitasi kolektif (keduanya sangat terkait satu sama lain) adalah fenomena emergens yang terjadi ketika suatu sistem kecil yang rumit seperti benda padat bertingkah seolah-olah sistem tersebut terdiri dari partikel lemah yang berinteraksi di ruang bebas. Contohnya, ketika sebuah elektron melintasi semikonduktor, gerakannya diganggu dalam berbagai cara oleh interaksinya sendiri dengan elektron lain dan inti atom; namun demikian, elektron tersebut hampir bertingkah layaknya elektron dengan massa berbeda yang bergerak tanpa gangguan melintasi ruang bebas. "Elektron" dengan massa berbeda ini disebut "kuasipartikel elektron".[1] Pada contoh lain, gerak agregat elektron pada pita valensi suatu semikonduktor sama seperti semikonduktor yang dipenuhi kuasipartikel positif (lubang elektron). Kuasipartikel atau eksitasi kolektif lain meliputi fonon (partikel yang berasal dari getaran atom dalam benda padat), plasmon (partikel yang berasla dari osilasi plasma), dan lain-lain.
Partikel-partikel ini disebut "kuasipartikel" apabila terkait dengan fermion (seperti elektron dan lubang elektron), dan disebut "eksitasi kolektif" apabila terkait dengan boson (seperti fonon dan plasmon),[1] namun perbedaan yang pastinya belum disepakati secara luas.[2]
Konsep kuasipartikel merupakan konsep terpenting dalam fisika materi padat karena kuasipartikel adalah salah satu cara menyederhanakan persoalan benda banyak dalam mekanika kuantum.
Contoh
Contoh umum
- Pada benda padat, kuasipartikel elektron adalah elektron yang dipengaruhi oleh kekuatan dan interaksi lain dalam benda padat. Kuasipartikel elektron memiliki muatan dan putaran yang sama seperti elektron "normal" (partikel dasar), dan layaknya elektron normal, kuasipartikel elektron merupakan fermion. Akan tetapi, massanya bisa berbeda jauh daripada massa elektron normal; lihat artikel massa efektif.[1] Medan listriknya juga unik berkat pencadaran medan listrik. Pada logam dalam keadaan normal, kuasipartikel ini sangat menyerupai elektron biasa; seperti yang ditunjukkan "koral kuantum" Crommie, sebuah STM mampu mencitrakan interferensinya sendiri setelah terpancar.
- lubang adalah kuasipartikel yang tidak memiliki elektron dalam suatu keadaan tertentu; lubang sering digunakan untuk menyebut keadaan kosong pada pita valensi suatu semikonduktor.[1] Sebuah lubang memiliki muatan yang berlawanan dengan muatan elektron.
- Fonon adalah eksitasi kolektif yang terkait dengan getaran atom pada struktur kristal rigid. Fonon merupakan bentuk kuantum dari gelombang suara.
- Magnon adalah eksitasi kolektif[1] yang terkait dengan struktur putaran elektron pada tingkatan kristal. Magnon merupakan bentuk kuantum dari gelombang putar.
- Roton adalah eksitasi kolektif yang terkait dengan rotasi cairan (biasanya supercairan). Roton merupakan bentuk kuantum dari vorteks.
- Pada bahan (material), kuasipartikel foton adalah foton yang dipengaruhi oleh interaksinya dengan material. Kuasipartikel foton memiliki hubungan khusus antara panjang gelombang dan energi (hubungan dispersi) seperti yang ditentukan oleh indeks refraksi material. Kuasipartikel foton juga disebut polariton, terutama kuasipartikel yang terletak dekat resonansi material. Misalnya, sebuah eksiton-polariton adalah superposisi sebuah eksiton dan foton; fonon-polariton adalah superposisi sebuah fonon dan foton
- Plasmon adalah eksitasi kolektif yang merupakan kuantum dari osilasi plasma (elektron di dalamnya berosilasi sekaligus terhadap semua ion).
- Polaron adalah kuasipartikel yang terbentuk ketika sebuah elektron berinteraksi dengan polarisasi ion sekitarnya.
- Eksiton is adalah elektron dan lubang yang terikat bersama.
- Plasmariton adalah fonon optik dan fonon terselubung yang terdiri dari plasmon dan foton.
Lihat pula
Referensi
- ^ a b c d e E. Kaxiras, Atomic and Electronic Structure of Solids, ISBN 0-521-52339-7, pages 65–69.
- ^ A guide to Feynman diagrams in the many-body problem, by Richard D. Mattuck, p10. "As we have seen, the quasi particle consists of the original real, individual particle, plus a cloud of disturbed neighbors. It behaves very much like an individual particle, except that it has an effective mass and a lifetime. But there also exist other kinds of fictitious particles in many-body systems, i.e. 'collective excitations'. These do not center around individual particles, but instead involve collective, wavelike motion of all the particles in the system simultaneously."
Bacaan lanjutan
- L. D. Landau, Soviet Phys. JETP. 3:920 (1957)
- L. D. Landau, Soviet Phys. JETP. 5:101 (1957)
- A. A. Abrikosov, L. P. Gor'kov, and I. E. Dzyaloshinski, Methods of Quantum Field Theory in Statistical Physics (1963, 1975). Prentice-Hall, New Jersey; Dover Publications, New York.
- D. Pines, and 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, and H. Orland, Quantum Many-Particle Systems (1998). Westview Press, Boulder
Pranala luar
