BCS-teoria

Wikipedia

BCS-teoria antoi ensimmäisen mikrotason selityksen sähkövastuksen häviämiselle matalissa lämpötiloissa (kts. suprajohtavuus) ja muille siihen liittyville ilmiöille. Teoria on saanut nimensä esittäjiensä John Bardeenin, Leon Neil Cooperin ja John Robert Schriefferin mukaan.

Yksinkertaisesti esitettynä BCS-teoria tarkastelee elektronia kiteessä. Negatiivinen elektroni vetää lähellään olevia positiivisia ioneja puoleensa. Syntynyt positiivinen varaus taas vetää jotain lähellä olevaa elektronia puoleensa ja näin kahden elektronin välille on syntynyt kytkentä. Elektroniparia kutsutaan Cooperin pariksi ja se käyttäytyy kuten yksi hiukkanen niin kauan kuin kytkentä säilyy. Tämä kytkentä on lepotilassa mahdollinen vain jos elektronit kulkevat samalla nopeudella vastakkaisiin suuntiin. Kytkennän purkaminen vaatii energiaa. Normaalilämpötiloissa kiteen lämpövärähtelyt antavat tämän energian ja kytkentä ei silloin ole havaittavissa.

Matalissa lämpötiloissa ei kiteessä ole niin voimakkaita lämpövärähtelyitä, että Cooperin pari voisi hajota. Jos parin toinen elektroni törmäisi kidevirheeseen, sen kulkusuunta muuttuisi ja Cooperin parin pitäisi hajota. Tämä vaatisi energiaa ja matalissa lämpötiloissa ainoa käytettävissä oleva energia on Cooperin parin oma liike-energia. Jos tämä ei riitä kytkennän purkamiseen, niin Cooperin pari ei voi hajota eli elektroni ei voi törmätä mihinkään. Koska elektroni ei voi törmätä mihinkään, se etenee vauhtiaan menettämättä ja kuljettaa sähkövirtaa ilman jännitehäviötä.

BCS-teoria selittää myös suprajohteen magneettiset ja termiset ominaisuudet. Teoria toi keksijöilleen Nobelin fysiikan palkinnon vuonna 1972. Tämä oli Bardeenin toinen Nobel fysiikan alalla.