BCS teorie
BCS teorie úspěšně vysvětlí konvenční supravodivost, schopnost jistých kovů u nízkých teplot vést elektřinu bez odporu. BCS teorie považuje supravodivost za macroscopic quantum mechanický účinek. To navrhuje to elektrony s opakem rotace může stát se párovaná, tvořit Cooper páry.
V mnoha supravodičích, atraktivní vzájemné ovlivňování mezi elektrony (nutnými pro pár) je způsobeno nepřímo vzájemným ovlivňováním mezi elektrony a vibrující krystalovou mřížkou (fonony). Ostře mluvit obraz je sledování:
Pohybování elektronu přes dirigenta způsobí mírný růst v koncentraci kladných nábojů v mříži kolem toho; toto zvyšování otočení může přitahovat další elektron. Ve skutečnosti, dva elektrony jsou pak drženy spolu s jistou vazební energií. Jestliže tato vazební energie je vyšší než energie dodávaná kopy od kmitavých atomů v dirigentovi (který je pravdivý u nízkých teplot), pak dvojice elektronů bude držet spolu a bránit se všem kopům, tak ne zažívat odpor.
BCS teorie byla vyvinuta v roce 1957 John Bardeen, Leon Cooper, a Robert Schrieffer, kdo přijal Nobelovu cenu pro fyziku v roce 1972 jako výsledek.
V roce 1986,”vysoce-supravodivost teploty” byl objeven (tj. supravodivost u teplot značně nad předchozím limitem asi 30 K; nahoru k asi 130 K). To je věřil, že u těchto teplot jiné efekty jsou u hry; tyto účinky nejsou přesto úplně dohodnuté. (to je možné, že tyto účinky neznáma také řídí supravodivost dokonce u nízkých teplot pro některé materiály)
Vynikající úvod do BCS teorie a příbuzných oblastí zhuštěné záležitostní fyziky u absolventa úroveň je Schrieffer kniha, Teorie supravodivosti, ISBN 0-7382-0120-0.
BCS teorie vyjede z předpokladu, že tam je nějaká přitažlivost mezi elektrony, který může překonat Coulomb nechuť. Ve většině materiálech (v supravodičích nízké teploty), tato přitažlivost je způsobena nepřímo spojením elektronů k krystalové mřížce (jak vysvětlil to nahoře). Nicméně, výsledky BCS teorie dělají ne záviset na původu atraktivního vzájemného ovlivňování. Poznamenat, že originál vyplývá BCS (diskutoval dole) popsali “s-mávat” supravodivý stav, který je pravidlo mezi nízkoteplotní supravodiče ale je ne si uvědomil v mnoho “nekonvenční supravodiče”, takový jak “d-mávat” vysoce-supravodiče teploty. Rozšíření BCS teorie existují popisovat tyto ostatní případy, ačkoli oni jsou nedostateční kompletně popsat pozorované vlastnosti vysoce-supravodivost teploty.
BCS byl schopný dávat přiblížení pro quantum-mechanický stav systému (půvabně ovlivňujících se) elektronů uvnitř kovu. Tento stát je nyní známý jako “BCS stát”. Zatímco v normálním kovu elektrony se pohybují nezávisle, v BCS stavu oni jsou svázáni do “Cooper párů” atraktivním vzájemným ovlivňováním.
BCS odvodil několik důležitých teoretických předpovědí, které jsou nezávislé na podrobnostech vzájemného ovlivňování (poznamenat, že kvantitativní předpovědi zmínily se o pod držením jen pro dostatečně slabou přitažlivost mezi elektrony, který je nicméně plný pro mnoho supravodičů nízké teploty - takzvaný “slabý-případ propojení”). Tito byli potvrzení v početných experimentech:
- Protože elektrony jsou svázány do párů Coopera, konečné množství energie je potřeboval rozbít tyto oddělený do dvou nezávislých elektronů. Toto znamená tam je “zakázaný pás” pro “jeden-excitace částečky”, unlike v normálním kovu (kde stav elektronu může být měněn tím, že přidá libovolně malé množství energie). Tento zakázaný pás je nejvyšší u nízkých teplot ale zmizí u přechodové teploty když supravodivost přestane existovat. BCS teorie správně předpovídá variaci této mezery s teplotou. To také dává výraz, který se ukáže jak mezera roste se sílou atraktivního vzájemného ovlivňování a (normální fáze) “hustota států” u Fermi energie. Dále, to popíše jak “hustota států” je měněna na vnikání supravodivý stav, kde nejsou tam žádné elektronické státy některý více u Fermi energie. Zakázaný pás je nejvíce přímo pozorovaný v tunelujících experimentech a v odrazu mikrovlnných troub od supravodiče.
- Poměr mezi hodnotou energetické mezery v nulové teplotě a hodnoty supravodivé přechodové teploty (vyjádřené v jednotkách energie) vezme univerzální hodnotu 3.5, nezávislý na materiálu.
- Náležitý k zakázanému pásu, měrné teplo supravodiče je potlačeno silně (exponenciálně) u nízkých teplot, tam být žádná zbylá tepelná buzení. Nicméně, předtím, než dosáhne přechodové teploty, měrné teplo supravodiče stane se dokonce vyšší než to normálního dirigenta (uměřený bezprostředně nad přechodem) a poměr těchto dvou hodnot je všeobecně daný 2.5.
- BCS teorie správně předpovídá Meissner účinek, tj. expulsion magnetického pole od supravodiče a variace hloubky vniku (rozsah clonících proudů, které teče pod povrchem kovu) s teplotou.
- To také popisuje variaci kritického magnetického pole (nad kterým supravodič může už ne vyhnat pole ale se stane normalconducting) s teplotou. BCS teorie líčí hodnotu kritického pole u nulové teploty k hodnotě přechodové teploty a hustotě států u Fermi energie.