BCS理論

BCS理論（BCS theory or Bardeen–Cooper–Schrieffer theory）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·庫珀和約翰·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，金屬中自旋和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，尼古拉·博戈柳博夫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（Bogoliubov transformation）至今為人常用。

$E=3.52k_{B}T_{c}{\sqrt {1-(T/T_{c})}}$

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。這個正電荷集中的局域會吸引兩種自旋方向的費米子（電子），其中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理論無法成功地解釋所謂第二類超導，或高溫超導的現象。

參見

• 超導

拓展閱讀

• 關於BCS理論的介紹，可以參見施里弗所著的面向研究生的優秀教材Theory of Superconductivity, ISBN 0-7382-0120-0.
• ScienceDaily: Physicist Discovers Exotic Superconductivity（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）（University of Arizona）August 17, 2006
• Hyperphysics page on BCS （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
• BCS History （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
• Dance Analogy（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） of BCS theory as explained by Bob Schrieffer (audio recording)