BCS理論

BCS理論是解釋常規超導體的超導電性的微觀理論(所以也常意譯為超導的微觀理論)。該理論以其發明者約翰·巴丁利昂·庫珀約翰·施里弗的名字首字母命名。

理論

某些金屬在極低的溫度下,其電阻會完全消失,電流可以在其間無損耗的流動,這種現象稱為超導。超導現象於1911年發現,但直到1957年,巴丁、庫珀和施里弗提出BCS理論,其微觀機理才得到一個令人滿意的解釋。BCS理論把超導現象看作一種宏觀量子效應。它提出,金屬中自旋動量相反的電子可以配對形成所謂「庫珀對」,庫珀對在晶格當中可以無損耗的運動,形成超導電流。在BCS理論提出的同時,尼科萊·勃格留波夫(Nikolay Bogolyubov)也獨立的提出了超導電性的量子力學解釋,他使用的勃格留波夫變換英語Bogoliubov transformation(Bogoliubov transformation)至今為人常用。

 

電子間的直接相互作用是相互排斥的庫倫力。如果僅僅存在庫倫力直接作用的話,電子不能形成配對。但電子間還存在以晶格振動聲子)為媒介的間接相互作用:電聲子交互作用。電子間的這種相互作用在滿足一定條件時,可以是相互吸引的,正是這種吸引作用導致了「庫珀對」的產生。大致上,其機理如下:電子在晶格中移動時會吸引鄰近格點上的正電荷,導致格點的局部畸變,形成一個局域的高正電荷區。這個局域的高正電荷區會吸引自旋相反的電子,和原來的電子以一定的結合能相結合配對。在很低的溫度下,這個結合能可能高於晶格原子振動的能量,這樣,電子對將不會和晶格發生能量交換,也就沒有電阻,形成所謂「超導」。

貢獻

巴丁、庫珀、施里弗因此獲得1972年的諾貝爾物理學獎。不過BCS理論並無法成功的解釋所謂第二類超導,或高溫超導的現象。

參見

  • 超導

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