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词条 BCS理论
释义

BCS理论是以近自由电子模型为基础,是在电子-声子作用很弱的前提下建立起来的理论。

BCS 理论 (BCS theory)是解释常规超导体的超导电性的微观理论(所以也常意译为超导的微观理论)。该理论以其发明者巴丁(J.Bardeen)库珀(L.V.Cooper)施里弗(J.R.Schrieffer)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,美国科学家巴丁、库珀和施里弗在《物理学评论》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,金属中自旋和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,博戈留波夫(Bogoliubov)也独立的提出了超导电性的量子力学解释。它使用的博戈留波夫变换至今为人常用。

电子间的直接相互作用是相互排斥的库仑力。如果仅仅存在库仑直接作用的话,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。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、库珀和施里弗因为提出超导电性的BCS理论而获得1972年的诺贝尔物理学奖。不过,BCS理论并无法成功的解释所谓第二类超导,或高温超导的现象。

(注:图为BCS理论中的准粒子及格林函数)

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更新时间:2024/12/24 3:40:02