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超导电性的BCS理论

  怎样从微观上解释超导电性的宏观规律,一直是物理学的难题,自发现超导电现象后,经过40多年,直到1957年才由巴丁、库柏、施瑞弗三人共同创造了超导微观理论,简称BCS理论。

    BCS理论认为,超导电中参与导电的电子是结合成对的,超导电子对不能独立运动。当某一电子受到扰动时,就要涉及到这个电子对的另一个电子,它们的动量和必须是0,这样就使电子不能为晶格所任意散射,只能做有规律的运动,因此就谈不上百。电子对中的两个电子相距可能很远,但是密切相连,这只有在低温下才有可能。此时,电子之间的晶格热振动才不会打乱这两个电子之间的关系。

    超导电子对的形成机理如下,处于超导态的超导体内的某一个电子在正离子附近运动时,会吸引正离子而使这个区域的局部正电荷密度增加,当另一个电子在这个增强的场中运动时,就会受到这个场的吸引作用,这就是说连个电子之间产生了吸引力。如果这个吸引力大于它们之间的库仑力时,这两个电子便结合成对。

    但是这种解释是近似的,因为电子之间的作用力还受量子规律的限制,它们后自己爱你不是经典的库仑力。因此,只有两个自旋方向相反、动量相等的电子才能形成电子对,成为电子对的两个电子相互作用范围为10-410-7cm,它随电子平均自由行程的减少而减少,这种相互作用范围大小,称为相关长度,它在晶格中袁子健的距离要大很多。

    一个超导电子对的能量比形成它的两个单独正常电子的能量低2△,这个降低的能量称为能隙;因此,超导电子对处于更稳定的状态,正常电子则处于能量更高的状态。

    能隙的大小与app有关,在OK时,2=3.5kT,其值最大。在app和外加磁场增加时,电子获得能量,能隙减少。当app和外加磁场强度增加到TH时,当电子对获得足够的能量时,就被拆开成为两个独立的正常电子,能隙减少到0,超导体由超导状态变为正常态。

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