BCS理论

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BCS 理论」 是解释常规超导体超导电性的微观理论(所以也常意译为超导的微观理论)。该理论以其发明者约翰·巴丁利昂·库珀约翰·施里弗的名字首字母命名。

某些金属在极低的温度下,其电阻会完全消失,电流可以在其间无损耗的流动,这种现象称为超导。超导现象于1911年发现,但直到1957年,巴丁、库珀和施里弗提出BCS理论,其微观机理才得到一个令人满意的解释。BCS理论把超导现象看作一种宏观量子效应。它提出,金属中自旋动量相反的电子可以配对形成所谓“库珀对”,库珀对在晶格当中可以无损耗的运动,形成超导电流。在BCS理论提出的同时,尼科莱·勃格留波夫(Nikolay Bogolyubov)也独立的提出了超导电性的量子力学解释,他使用的勃格留波夫变换英语Bogoliubov transformation(Bogoliubov transformation)至今为人常用。

E=3.52k_BT_c\sqrt{1-(T/T_c)}

电子间的直接相互作用是相互排斥的库伦力。如果仅仅存在库伦力直接作用的话,电子不能形成配对。但电子间还存在以晶格振动声子)为媒介的间接相互作用:電聲子交互作用。电子间的这种相互作用是相互吸引的,正是这种吸引作用导致了“库珀对”的产生。大致上,其机理如下:电子在晶格中移动时会吸引邻近格点上的正电荷,导致格点的局部畸变,形成一个局域的高正电荷区。这个局域的高正电荷区会吸引自旋相反的电子,和原来的电子以一定的结合能相结合配对。在很低的温度下,这个结合能可能高于晶格原子振动的能量,这样,电子对将不会和晶格发生能量交换,也就没有电阻,形成所谓“超导”。

巴丁、库珀、施里弗因此获得1972年的诺贝尔物理学奖。不過,BCS理論并無法成功的解釋所謂第二類超導,或高溫超導的現象。

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