Dalamfisika,kuasipartikel daneksitasi kolektif (keduanya sangat terkait satu sama lain) adalahfenomena emergens yang terjadi ketika suatu sistem kecil yang rumit seperti bendapadat bertingkahseolah-olah sistem tersebut terdiri daripartikel lemah yang berinteraksi diruang bebas. Contohnya, ketika sebuahelektron melintasisemikonduktor, gerakannya diganggu dalam berbagai cara oleh interaksinya sendiri dengan elektron lain daninti atom; namun demikian, elektron tersebuthampir bertingkah layaknya elektron denganmassa berbeda yang bergerak tanpa gangguan melintasiruang bebas. "Elektron" dengan massa berbeda ini disebut "kuasipartikel elektron".[1] Pada contoh lain, gerak agregat elektron padapita valensi suatusemikonduktor sama seperti semikonduktor yang dipenuhi kuasipartikel positif (lubang elektron). Kuasipartikel atau eksitasi kolektif lain meliputifonon (partikel yang berasal dari getaran atom dalam benda padat),plasmon (partikel yang berasla dariosilasi plasma), dan lain-lain.
Partikel-partikel ini disebut "kuasipartikel" apabila terkait denganfermion (sepertielektron danlubang elektron), dan disebut "eksitasi kolektif" apabila terkait denganboson (sepertifonon dan plasmon),[1] namun perbedaan yang pastinya belum disepakati secara luas.[2]
Konsep kuasipartikel merupakan konsep terpenting dalamfisika materi padat karena kuasipartikel adalah salah satu cara menyederhanakanpersoalan benda banyak dalammekanika kuantum.
- Pada benda padat,kuasipartikel elektron adalahelektron yang dipengaruhi oleh kekuatan dan interaksi lain dalam benda padat. Kuasipartikel elektron memilikimuatan danputaran yang sama seperti elektron "normal" (partikel dasar), dan layaknya elektron normal, kuasipartikel elektron merupakanfermion. Akan tetapi, massanya bisa berbeda jauh daripada massa elektron normal; lihat artikelmassa efektif.[1] Medan listriknya juga unik berkatpencadaran medan listrik. Pada logam dalam keadaan normal, kuasipartikel ini sangat menyerupai elektron biasa; seperti yang ditunjukkan "koral kuantum"Crommie, sebuahSTM mampu mencitrakaninterferensinya sendiri setelah terpancar.
- lubang adalah kuasipartikel yang tidak memiliki elektron dalam suatu keadaan tertentu; lubang sering digunakan untuk menyebut keadaan kosong padapita valensi suatusemikonduktor.[1] Sebuah lubang memiliki muatan yang berlawanan dengan muatan elektron.
- Fonon adalah eksitasi kolektif yang terkait dengan getaran atom padastruktur kristal rigid. Fonon merupakan bentukkuantum darigelombang suara.
- Magnon adalah eksitasi kolektif[1] yang terkait dengan struktur putaran elektron pada tingkatan kristal. Magnon merupakan bentuk kuantum darigelombang putar.
- Roton adalah eksitasi kolektif yang terkait dengan rotasi cairan (biasanyasupercairan). Roton merupakan bentuk kuantum darivorteks.
- Pada bahan (material), kuasipartikelfoton adalahfoton yang dipengaruhi oleh interaksinya dengan material. Kuasipartikel foton memiliki hubungan khusus antara panjang gelombang dan energi (hubungan dispersi) seperti yang ditentukan olehindeks refraksi material. Kuasipartikel foton juga disebutpolariton, terutama kuasipartikel yang terletak dekat resonansi material. Misalnya, sebuaheksiton-polariton adalah superposisi sebuah eksiton dan foton;fonon-polariton adalah superposisi sebuah fonon dan foton
- Plasmon adalah eksitasi kolektif yang merupakan kuantum dariosilasi plasma (elektron di dalamnya berosilasi sekaligus terhadap semua ion).
- Polaron adalah kuasipartikel yang terbentuk ketika sebuah elektron berinteraksi denganpolarisasi ion sekitarnya.
- Eksiton is adalah elektron dan lubang yang terikat bersama.
- Plasmariton adalah fonon optik dan fonon terselubung yang terdiri dari plasmon dan foton.
- ^abcdeE. 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 ofall the particles in the system simultaneously."
- 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
