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简介超导体的BCS理论

2021.8.27

  BCS理论是以近自由电子模型为基础,以弱电子-声子相互作用为前提建立的理论。理论的提出者是巴丁(J.Bardeen)、库珀(L.V.Cooper)、施里弗(J.R.Schrieffer)。

  BCS理论认为,金属中自旋和动量相反的电子可以配对形成库珀对,库珀对在晶格当中可以无损耗的运动,形成超导电流。对于库珀对产生的原因,BCS理论做出了如下解释: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,没有电阻,形成超导电流。

  BCS理论很好地从微观上解释了第一类超导体存在的原因,理论的提出者巴丁、库珀、施里弗因此获得1972年诺贝尔物理学奖。但BCS理论无法解释第二类超导体存在的原因,尤其是根据BCS理论得出的麦克米兰极限温度(超导体的临界转变温度不能高于40K),早已被第二类超导体突破。

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