J ohn b ardeen , l eon N. C ooper and J. R obert s chrieffer for their jointly developed theory of superconductivity, usually called the bcs-theory.

Образование связанного состояния электрон-электрон можно пояснить следующим образом. В решетке пролетел электрон и вызвал

Рис.14 Образование локального избыточного положительного заряда

колебание ионов, расположенных в узлах решетки. Электрон несет отрицательный заряд, а ионы заряжены положительно. Поэтому ионы слегка притянутся к пролетевшему электрону. Но ионы гораздо тяжелее электрона, следовательно, их движение более медленное. Электрон уже "давно" пролетел, а ионы еще только подтянулись к тому месту, где он был. Значит, в этом месте образовался (на некоторое время) небольшой избыточный положительный заряд, и уже другой летящий мимо этого места электрон почувствует его и изменит траекторию своего движения, притянется к этому месту. Описывается это взаимодействие между электронами как обмен фононами.

Но притягиваются электроны, находящиеся на больших расстояниях. Ведь для того чтобы второй электрон притянулся ионами, первый должен уже далеко улететь, иначе его отрицательный заряд "перебьет" всё притяжение. Электроны, находящиеся вблизи, отталкиваются, как и положено двум отрицательным зарядам по закону Кулона, а на достаточно больших расстояниях они притягиваются за счет фононов. На больших расстояниях взаимное отталкивание двух электронов не мешает, так как вокруг и между обоими электронами много положительных ионов и других электронов, и все силы притяжения и отталкивания уравновешиваются. Среднее расстояние между электронами в паре можно оценить, используя соотношение неопределенности и полагая, что энергия связи куперовской пары порядка kT_кр

что много больше межатомных расстояний.

Электроны в паре обязательно должны иметь противоположно направленные спины (принцип Паули!). Спин куперовской пары равен нулю, она относится к бозонам, количество которых в определенном состоянии не ограничено.

Рис.15 Распределение электронов по энергии

Образование связанного состояния всегда связано с понижением энергии. При образовании куперовской пары в зоне проводимости появляется энергетическая щель - узкий диапазон энергий, в котором нет разрешенных состояний (рис.15). Спаренные электроны располагаются на дне энергетической щели. Грубая оценка показывает, что количество таких электронов составляет около 10^-4от общего их числа.

Как было показано, электрическое сопротивление металла обусловлено рассеянием электронов на тепловых колебаниях решетки и на примесях. Однако при наличии энергетической щели для перехода электронов из основного состояния в возбужденное требуется достаточная порция тепловой энергии, которую при низких температурах электроны не могут получить от решетки, поскольку энергия тепловых колебаний меньше ширины щели. Именно поэтому спаренные электроны не рассеиваются на дефектах структуры. Особенностью куперовских пар является их импульсная упорядоченность, состоящая в том, что все пары имеют одинаковый импульс и не могут изменять свои состояния независимо друг от друга.

В одном из опытов за возбужденным в сверхпроводнике током наблюдали 2.5 года и никакого затухания не обнаружили.

Несмотря на то, что принципиальные причины возникновения сверхпроводимости твёрдо установлены, современная теория не даёт возможности рассчитать значения T_кр для известных сверхпроводников или предсказать их для нового сверхпроводящего сплава.