BCS teorija
BCS (Bardin-Kuper-Šrifer) teorija superprovodnosti je prva mikroskopska teorija superprovodnosti nazvana po prvim slovima prezimena naučnika koji su je formulisali, Džonu Bardinu, Leonu Kuperu (engl. Cooper) i Džonu Robertu Šriferu (engl. Schrieffer). BCS teorija je uspela da objasni superprovodnost u sistemu fermiona kao efekat formiranja Kuperovih parova (koji su bozoni). Za razliku od fermionskih čestica kao što su elektroni, ovako formirane bozonske čestice, Kuperovi parovi, na dovoljno niskim temperaturama svi mogu da zauzmu osnovno energetsko stanje i tako stvore Boze-Ajnštajnov kondenzat koji ima makroskopski kvantni efekat.
Bardin, Kuper i Šrifer su BCS teoriju predložili 1957. godine[1], a za njen značaj i originalnost su njih trojica podelili Nobelovu nagradu za fiziku 1972. godine.
Istorija[uredi | uredi izvor]
Fenomen superprovodnosti je 1911. godine pronašao Kamerling Ones u Lajdenu kada je ispitivao ponašanje čistih metala na vrlo niskim temperaturama bliskim temperaturi apsolutne nule. On je primetio da električna otpornost žive pada tačno na nulu kada se dostigne kritična temperatura od 4.2 K. Efekat je privukao veliku pažnju naučnika i ubrzo je efekat superprovodnosti otkriven i kod drugih materijala. Kamerling Ones je za ovo otkriće potpuno novog stanja materije dobio Nobelovu nagradu za fiziku samo dve godine kasnije nakon otkrića, 1913. godine.
Do 1950. godine, iako je superprovodnost pronađena i u drugim materijalima, efekat je teorijski bio objašnjen preko fenomenoloških teorija, a nije bilo poznato kako mikroskopski dolazi do efekta. 1950. godine Herbert Frolih je teorijski predvideo da mehanizam superprovodnosti može da se objasni preko interakcije elektrona sa fononima (vibracijama kristalne rešetke) i formiranjem elektron-fonon parova,[2] što je eksperimentalno potvrđeno iste godine otkrivanjem izotopskog efekta kada je Emanuel Maksvel izmerio da kritična temperatura ispod koje živa postaje superprovodna zavisi od mase izotopa, tako da je metal postaje superprovodan na višim temperaturama kod lakših izotopa.[3]
Godine 1957. Bardin, Kuper i Šrifer su na osnovu Frolihovog mehanizma pretpostavili da provodni elektroni koji imaju energije blizu Fermijeve energije u interakciji sa fononima kao medijatorima formiraju parove[4], koji su nazvani Kuperovi parovi.
BCS teorija je osim objašnjenja nastajanja superprovodnosti, predvidela i druge nove efekte superprovodnosti i time podstakla dalje teorijsko i eksperiementalno proučavanje ovog fenomena.
Osnovne pretpostavke BCS teorije[uredi | uredi izvor]
Glavne pretpostavke na kojima se zasniva BCS teorija su:
- Frolihov mehanizam, odnosno interakcije između elektrona sa vibracijama kristalne rešetke moraju imati značajnu ulogu u mehanizmu superprovodnosti, iako je ova interakcija oko puta slabija (u zavisnosti od materijala) od Kulonove interakcije. Vrlo mala jačina ove interakcije koja se ispostavila da je ključna, je jedan od većih razloga zašto superprovodnost nije bila teorijski objašnjena u intervalu od skoro 50 godina.
- Elektron-fonon interakcija dovodi do formiranja Kuperovih parova koje mogu da objasne sve efekte tada poznatih superprovodnika (danas poznatih kao superprovodnika prvog tipa)
- Elektronsko osnovno stanje metala na 0 K mora biti nestabilno na bilo kakvu malu interakciju, makar ona bila puta slabija od Kulonove interakcije, kao što je interakcija koja dovodi do formiranja Kuperovih parova.
Zanimljivosti[uredi | uredi izvor]
- Originalno izdanje časopisa The Physical Review iz 1957. godine u kojem su Bardin, Kuper i Šrifer objavili BCS teoriju, zajedno sa dva kratka pisma koja su objavljena pre formiranja teorije, prodaju se danas među retkim primercima knjiga za 3.000 američkih dolara.[5]
Vidi još[uredi | uredi izvor]
Reference[uredi | uredi izvor]
- ^ Bardeen, J.; Cooper, L. N.; Schrieffer, J. R. (1. 4. 1957). „Microscopic Theory of Superconductivity”. Physical Review. 106 (1): 162—164. doi:10.1103/PhysRev.106.162.
- ^ Fröhlich, H (1. 7. 1950). „Isotope Effect in Superconductivity”. Proceedings of the Physical Society. Section A. 63 (7): 778—778. ISSN 0370-1298. doi:10.1088/0370-1298/63/7/113.
- ^ Maxwell, Emanuel (15. 5. 1950). „Isotope Effect in the Superconductivity of Mercury”. Physical Review. 78 (4): 477—477. ISSN 0031-899X. doi:10.1103/physrev.78.477.
- ^ Qiankai Yao. „Electron-phonon coupling mechanism” (PDF). Pristupljeno 25. 10. 2019.
- ^ „Theory of Superconductivity by Bardeen, John; Cooper, L.n.; Schrieffer, J.r.: Physical Review,,, Lancaster, Pa Soft cover, 1st Edition - Manhattan Rare Book Company, ABAA, ILAB”. www.abebooks.com (na jeziku: engleski). Pristupljeno 26. 10. 2019.
| Državne | |
|---|---|
| Ostale | |
