庫柏對- 维基百科，自由的百科全书
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[PDF]庫伯和施里弗將他們的論文「超導性的理論」
www.wlsh.tyc.edu.tw/ezfiles/2/1002/.../pta_2728_7205185_33687.pdf
古柏電子偶@ 電子:: 隨意窩Xuite日誌
blog.xuite.net/abcdefg40901/xuite/32118471-古柏電子偶
超导体简介 - 光电子能谱研究小组,EX7
ex7.iphy.ac.cn/cn/web/info0/index.asp?id=-343237054
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約翰‧巴丁曾試圖探討超導問題，但後來又去做其他
的研究。
有些物理學家也曾成功地解釋部分的超導現
象，Fritz 和 Heinz London 兄弟得到一個理論，可用以
解釋超導的一些特性，但卻無法提供微觀層次的機
制。1950 年，Herbert Frohlich 提議說，超導性可能和
電子與晶格振動（聲子）間的交互作用有關。在當時，
實驗物理學家觀察到，一個物質變成有超導性時的臨
界溫度和此超導體的原子質量有關。Frohlich 的理論
的確可以解釋此同位素效應，但卻無法說明如麥士那
效應等的其他超導特性。
當時巴丁正在做其他的研究，但同位素效應的發
現重新燃起了他對超導問題的興趣。他和 David Pines
以解釋同位素效應的理論為基礎，除了 Frohlich 所考
慮的電子與聲子之間的交互作用外，還同時釐清了晶
格在低能量時，電子如何能克服彼此間的庫倫排斥力
而相吸。
解出另一部份的疑惑要歸功於里昂‧庫伯，他主
張說，電子和晶格的交互作用，使得自旋方向相反的
二個電子結合起來形成緊密相關的電子對。在被稱之
為庫伯電子對（Cooper pairs）中的電子並不需要緊緊
在一起，但可以相關聯的方式運動。庫伯體認到這些
電子對的運動可以解釋電子如何在超導體中毫不受
阻地流動。電子對在低溫時會形成，一旦增加能量就
會使其遭受破壞，而使物質回復到正常、非超導性的
狀態。
再下來的見解來自於羅伯特‧施里弗，他是巴丁
在伊利諾大學的學生。1957 年初，他到紐約參加美國
物理學會的年會，在搭乘地鐵的途中得到了靈感。他
想出了如何用單一波函數的數學方式來描述超導體
中所集結巨量的庫伯電子對。當他一回到伊利諾，立
刻告訴巴丁和庫伯這個突破，他們就知道超導性的問
題已經得到解答了。
巴丁、庫伯和施里弗將所有的見解整合成完整的
理論，其中電子經由和晶格的交互作用形成了庫伯電
子對，這些電子對不會像在正常導體中做隨機運動，
而會以相關性的方式運動，使得電流不受阻力。
平日寡言的巴丁有一天宣布：「是的，我認為我
們已經解釋了超導性。」同年 4 月，巴丁、庫伯和施
里弗在《物理評論》（ Physical Review ）中發表了一篇
短論文，標題為「超導性的微觀理論」。他們於1957
年 7 月將完整詳盡的報告寄到《物理評論》，用了「超
導性的理論」這樣一個合宜的標題，於同年 12 月發
表出來。
BCS 理論極為成功，它詳盡說明了超導性的機制
和相關的效應，很不可思議地和實驗的數據非常吻
合。巴丁後來回想說：「截至目前所有關於超導體令
人困惑的特性就像拼圖遊戲般地完全契合。」BCS 理
論很快地被接受，被公認是正確的。
1972 年，巴丁、庫伯和施里弗因他們超導性的理
論同獲諾貝爾獎，這是巴丁第二次獲得諾貝爾物理
獎，他第一次因電晶體，於 1956 年和 William Shockley
與 Walter Brattain 分享該獎項。
2007 年，BCS 理論滿 50 週年，此理論適用於傳
統的超導體，但無法解釋 20 年前第一次發現的高溫
超導體，因此疑惑仍然存在。雖然如此，BCS 理論的
影響遠超過超導性，因為科學家已在太空物理和核物
理方面發現了類似 BCS 超導體的狀態。
註（1）施里弗於 2004 年 9 月 24 日在加州駕車超
速肇事，造成 1 死 7 傷，於 2005 年 11 月 6 日被判刑
2 年入獄。車禍當時，被吊銷駕照的施里弗據說在駕
駛座上睡著了，這是史上第一位諾貝爾獎得主因非政
治性因素而身陷囹圄者。
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