BCS theory

What is BCS theory?

BCS theory is a theory of Superconductor. Beside this theory, still has other important theory such as London equations and Ginzburg-Landau theory (GL theory)...

chingiap

BCS theory 是解适superconductor phenomena 如何发生，如下：

Teori Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS)

Teori BCS telah menjadi teori piawai bagi teori mikroskopik superkonduktor konvensional, ia memperihalkan mikroskopik tentang mengapa rintangan elektrik bagi superkonduktor menjadi sifar. Teori BCS terdiri daripada dua faktor penting, iaitu kesan isotop dan kewujudan jurang tenaga, walaubagaimanapun kedua-dua aspek ini telah dikemukakan jauh lebih awal sebelum teori BCS diperkenalkan. Cas pengangkutan dalam keadaan mensuperkonduktor adalah terdiri daripada pasangan-pasangan elektron, ia merupakan satu lagi faktor yang agak penting dalam perkembangan teori superkonduktor.
       
        Superelektron terdiri daripada pasangan yang disebut pasangan Cooper, ia merupakan bendalir kuantum yang berkorelasi tinggi. Superelektron mempunyai sifat yang agak aneh, ia adalah dua elektron yang mempunyai cas yang sama, tetapi ia tidak menolak antara satu sama lain sebaliknya menarik antara satu sama lain, sifat ini adalah disebabkan oleh saling tindakan gelombang kenyal kekisi yang disebut fonon dengan elektron.

        Mekanisma pembentukan pasangan elektron boleh digambarkan dengan elektron bercas negatif yang bergerak melalui kekisi yang agak kenyal akan tertarik kepada ion positif dan menyebabkan ion tersesar dari kedudukan keseimbangan, ion yang tersesar tadi akan mewujudkan kawasan dengan ketumpatan cas positif yang tinggi seterusnya menarik elektron tersebut. Kedua-dua elektron tersebut tidak akan terlanggar kerana ion bergerak jauh lebih perlahan daripada elektron, maka kawasan dengan ketumpatan cas positif yang lebih tinggi ini tertinggal jauh dari elektron pertama.
        Dalam keadaan mensuperkonduksi, elektron bebas yang berpasangan boleh dianggap sebagai satu zarah dengan dua cas dan dua jisim elektron. Jarak di antara dua elektron disebut panjang koheren, ξ, panjang koheren adalah berlainan bagi bahan yang berlainan. Jumlah momentum setiap pasangan adalah sifar kerana ia membentuk pasangan dengan spin yang berlawanan, momentum setiap pasangan adalah sama dengan pasangan yang lain.

        Dalam medan genting sifar dan untuk Tc kurang daripada ΘD, teori BCS menjangkakan suhu genting sebagai

                Tc = 1.13ΘDe-1/N(0)V
       
dengan                ΘD = ħwD/kB ialah suhu Debye
                     N(0) = ketumpatan keadaan untuk spin tunggal pada tenaga Fermi EF
                     wD = frekuensi fonon model Debye

persamaan ini mempunyai satu syarat iaitu had gandingan elektron-fonon lemah, iaitu N(0)V << 1. Apabila kes gandingan elektron-fonon lemah tidak boleh digunakan lagi, iaitu superkonduktor konvensional yang mempunyai Tc 17 K atau lebih, satu persamaan baru perlu digunakan, iaitu:
                 (2.3)
        dengan  λ =N(0)Vf
                                 (2.4)
dengan                μ = N(0)Vc

dengan Vf ialah saling tindakan elektron-fonon yang memberikan daya tarikan antara elektron dengan elektron, sementara Vc ialah saling tindakan Coulomb yang menolak antara satu sama lain.

        Walaubagaimanapun, teori BCS tidak dapat menerangkan fenomena superkonduktor suhu tinggi secara terus, kerana terdapat had maksimum untuk Tc, ia dapat ditunjukkan dengan merujuk kepada persamaan (2.4), iaitu untuk kebanyakan bahan, μ*~ 0.13 dan ΘD 300 K dan dengan menggunakan λ~ 1, maka Tc maksimum ialah 30 K. Untuk Tc yang lebih tinggi, kita boleh meningkatkan nilai λ yang lebih tinggi, contohnya λ~ 3, tetapi λ yang tinggi sebegini ini akan menyebabkan bahan tidak stabil.