Líquit de Fermi

Un líquit de Fermi és un terme genèric per a un líquit mecanocuántico de fermiones que sorgix baix certes condicions físiques quan la temperatura és suficientment baixa. Les interaccions entre les partícules d'un sistema de molts cossos no necessiten ser menudes (vore, per eixemple, els electrons en un metal). La teoria fenomenológica dels líquits de Fermi, que va ser presentada pel físic soviètic Lev Davidovich Landau en 1956, explica per qué algunes de les propietats d'un sistema de fermiones que interactuen són molt similars a les dels gasos de Fermi (és dir, fermiones que no interaccionen entre sí), i per qué atres propietats són diferents.

El Heli-3 (He³) líquit és un líquit de Fermi a temperatures baixes (pero no lo suficientment baixes per a estar en la seua fase de superfluit). L'He-3 és un isòtop del heli, en 2 protones, 1 neutró i 2 electrons per àtom. Degut a que hi ha un número impar de fermiones dins de l'àtom, l'àtom en sí mateixa és també un fermión. Els electrons en un metal normal (no superconductor) també formen un líquit de Fermi.

Semblances en el gas de Fermi

El líquit de Fermi és cualitativamente anàlec al gas de Fermi de partícules que no interactuen, en el sentit següent: la dinàmica i la termodinàmica del sistema per a energies d'excitació i temperatures baixes pot ser descrit substituint els fermiones que no interactuen en les aixina cridades cuasipartículas, cada una dels quals té el mateix espin, càrrega elèctrica i moment que les partícules originals. Físicament, estos poden ser considerats com a partícules el moviment de les quals es veu pertorbat per les partícules de les afores i que a la seua volta pertorben les partícules en les seues proximitats. Cada estat excitat format per moltes partícules del sistema en interacció pot ser descrit enumerant tots els estats moment ocupats, de la mateixa manera que en el sistema sense interacció. Com a conseqüència, magnituts tals com la capacitat calorífica del líquit de Fermi es comporten cualitativamente de la mateixa manera que les del gas de Fermi (per eixemple, la capacitat calorífica aumenta linealmente en la temperatura).

Diferències en el gas de Fermi

Es presenten les següents diferències en el gas de Fermi de partícules sense interacció.

Energia

l'energia d'un estat compost per moltes partícules no és una simple suma de les energies de les partícules individuals de tots els estats ocupats. En lloc d'això, el canvi en l'energia per a un determinat canvi ___MATH_0___ en l'ocupació dels ___MATH_1___ estats conté térmens llineals i quadràtics en ___MATH_2___ (per al gas de Fermi, solament contindria térmens llineals, ___MATH_3___, a on ___MATH_4___ les energies de les partícules aïllades). La contribució llineal correspon a les energies renormalizadas de les partícules aïllades, que inclouen, per eixemple, un canvi en la massa efectiva de les partícules. Els térmens quadràtics corresponen a una espècie d'interacció de "camp mig" entre les cuasipartículas, que està parametrizada pels cridats paràmetros del líquit de Landau Fermi i determina el comportament de les oscilacions de densitat (i de les oscilacions de densitat d'espin) en el líquit de Fermi. No obstant, estes interaccions de camp mig no donen lloc a una dispersió de les cuasi-partícules en una transferència de partícules entre els estats de moment diferent.

Calor específica i compresibilidad

El calor específica, la compresibilidad, la susceptibilitat d'espin i atres magnituts mostren el mateix comportament qualitatiu (per eixemple, la dependència de la temperatura) que en el gas de Fermi, pero la magnitut canvia (a voltes fortament).

Interaccions

Ademés de les interaccions de camp mig, algunes interaccions dèbils entre cuasipartículas permaneixen, lo que conduïx a la dispersió de les cuasipartículas mútuament. Per lo tant, les cuasipartículas adquirixen una vida llimitada. No obstant, a baixes energies per damunt de la superfície de Fermi, esta vida mija es fa molt llarga, de tal manera que el producte de l'energia d'excitació (expressada com a freqüència) per la vida mija és molt major que un. En este sentit, l'energia de la cuasipartícula està encara ben definida (en el llímit opost, el principi d'incertitut de Heisenberg impedix una definició precisa de l'energia).

Estructura

L'estructura de la funció de Green de la partícula "nueta" (en oposició a la cuasipartícula) és similar a la que hi ha en el gas de Fermi (a on, per a un moment donat, la funció de Green en l'espai de freqüències és un pico delta per a l'energia de la respectiva partícula aïllada) . El pico delta en la densitat d'estats s'amplia (en un esgambi donat per la vida mija de la cuasipartícula). Ademés (i en contrast en la funció de Green de la cuasipartícula), el seu pes (integral sobre la freqüència) és suprimit per un factor de pes de la cuasipartícula, ___MATH_5___. El restant del pes total es troba en una àmplia base "incoherent", que correspon als forts efectes de les interaccions dels fermiones per a escales curtes de temps.

Distribució

La distribució de les partícules (en oposició a les cuasipartículas) en estats de moment per a T=0 seguix mostrant un bot discontinu en la superfície de Fermi (com en el gas de Fermi), pero no baixa d'1 a 0: el pas solament és del tamany de ___MATH_6___.

Resistència

En un metal, la resistència a baixes temperatures, està dominada per la difusió electró-electró en combinació en la dispersió Umklapp. Per a un líquit de Fermi, la resistència d'este mecanisme varia com ___MATH_7___, la qual cosa es pren a sovint com una comprovació experimental del comportament del líquit de Fermi (ademés de la dependència llineal de la calor específica respecte de la temperatura), encara que açò solament es presenta en la combinació en la ret.

Les inestabilitat del líquit de Fermi

Una possible via per a detectar l'inestabilitat d'un líquit de Fermi és precisament l'anàlisis realisat per Pomeranchuk. Per això, l'inestabilitat de Pomeranchuk ha segut estudiada en els últims anys per varis autors usant diferents tècniques i, en particular, ha segut investigada l'inestabilitat del líquit de Fermi cap a la fase nemática per mig de varis models.