Teoría BCS
La teoría BCS o teoría de Bardeen-Cooper-Schrieffer (llamada así por John Bardeen , Leon Cooper y John Robert Schrieffer ) es la primera teoría microscópica de superconductividad desde el descubrimiento de Heike Kamerlingh Onnes en 1911. La teoría describe la superconductividad como un efecto microscópico causado por una condensación de pares de Cooper . La teoría también se utiliza en física nuclear para describir la interacción de apareamiento entre nucleones en un núcleo atómico .
Fue propuesto por Bardeen, Cooper y Schrieffer en 1957; recibieron el Premio Nobel de Física por esta teoría en 1972.
El rápido progreso en la comprensión de la superconductividad ganó impulso a mediados de la década de 1950. Comenzó con el artículo de 1948, "Sobre el problema de la teoría molecular de la superconductividad", [1] donde Fritz London propuso que las ecuaciones fenomenológicas de Londres pueden ser consecuencias de la coherencia de un estado cuántico . En 1953, Brian Pippard , motivado por experimentos de penetración, propuso que esto modificaría las ecuaciones de Londres a través de un nuevo parámetro de escala llamado longitud de coherencia . John Bardeen luego argumentó en el artículo de 1955, "Teoría del efecto Meissner en superconductores", [2]que tal modificación ocurre naturalmente en una teoría con una brecha de energía. El ingrediente clave fue el cálculo de Leon Cooper de los estados ligados de los electrones sujetos a una fuerza de atracción en su artículo de 1956, "Pares de electrones ligados en un gas fermi degenerado". [3]
En 1957, Bardeen y Cooper reunieron estos ingredientes y construyeron tal teoría, la teoría BCS, con Robert Schrieffer. La teoría se publicó por primera vez en abril de 1957 en la carta "Teoría microscópica de la superconductividad". [4] La demostración de que la transición de fase es de segundo orden, que reproduce el efecto Meissner y los cálculos de calores específicos y profundidades de penetración apareció en el artículo de diciembre de 1957, "Teoría de la superconductividad". [5] Recibieron el Premio Nobel de Física en 1972 por esta teoría.
En 1986, se descubrió una superconductividad de alta temperatura en La-Ba-Cu-O, a temperaturas de hasta 30 K. [6] Tras los experimentos, se determinaron más materiales con temperaturas de transición de hasta 130 K, considerablemente por encima del límite anterior de aproximadamente 30 K. K . Se cree que la teoría BCS por sí sola no puede explicar este fenómeno y que hay otros efectos en juego. [7] Estos efectos aún no se comprenden completamente; es posible que incluso controlen la superconductividad a bajas temperaturas para algunos materiales.
A temperaturas suficientemente bajas, los electrones cerca de la superficie de Fermi se vuelven inestables frente a la formación de pares de Cooper . Cooper mostró que tal unión se producirá en presencia de un potencial atractivo, sin importar cuán débil sea. En los superconductores convencionales, la atracción se atribuye generalmente a una interacción entre electrones y red. La teoría BCS, sin embargo, solo requiere que el potencial sea atractivo, independientemente de su origen. En el marco de BCS, la superconductividad es un efecto macroscópico que resulta de la condensación de pares de Cooper. Estos tienen algunas propiedades bosónicas, y los bosones, a temperaturas suficientemente bajas, pueden formar un gran condensado de Bose-Einstein . La superconductividad fue explicada simultáneamente por Nikolay Bogolyubov, mediante las transformaciones de Bogoliubov .
