John Bardeen, Robert Schrieffer y Leon Cooper lograron modelar con éxito las propiedades de los superconductores de Tipo 1. O mejor conocido como la teoría de los superconductores o BCS. Un elemento muy importante en esta teoría es el concepto del par de electrones cercanos al nivel de Fermi en el par de Cooper a través de la interacción con la red cristalina.
Este par de electrones es el resultado de una pequeña atracción entre electrones relacionados con las vibraciones de la red. El acoplamiento a la red, es conocido como interacción fonón.
Índice
¿Cómo funcionan los pares de electrones?
Los pares de electrones se pueden comportar de una forma muy diferente a los electrones individuales que son los fermiones. Pero también han de obedecer el principio de exclusión de Pauli.
Los pares de electrones pueden actuar como si fueran bosones que pueden condensarse en el mismo nivel de energía. Los pares de electrones tienen una energía un poco menor, también dejan un espacio de energía por encima de ellos de aproximadamente 0,001 eV. Esto provoca que las interacciones de colisión que provocan la resistividad normal sean inhibidas.
En temperaturas donde la energía térmica es menor que le intervalo de banda, el material puede tener 0 resistividad. En el año de 1972, con la teoría de los superconductores o BCS, Bardeen, Cooper y Schrieffer.
John Bardeen, Leon Cooper y Robert Schrieffer.
El apoyo experimental de la teoría de los superconductores o BCS
Si los electrones actúan como pares por medio de la interacción de celosía, ¿cómo se les pudo ocurrir esa idea para la teoría de los superconductores? Esto fue gracias a la evidencia de una mínima brecha de banda en el nivel de Fermi. Que fue la pieza clave para resolver el rompecabezas.
La evidencia se obtiene de la existencia de un campo electromagnético crítico, de una temperatura crítica y de la naturaleza exponencial de la variación de la capacidad de calor en los superconductores de tipo I. Sin embargo, la evidencia de la interacción con la red cristalina, tuvo primero origen del efecto del isótopo en la temperatura crítica.
En un principio, la brecha sugería una transición de fase en la que ocurría una clase de condensación. Como una condensación de Bose-Einstein, pero los electrones por sí mismos eran incapaces de condensarse en el mismo nivel de energía. Sin embargo, al haber un cambio drástico en la conductividad, esto requería un cambio drástico en el comportamiento de los electrones.
¿Para qué sirve la teoría de los superconductores o BCS?
La teoría de BCS también explica más aspectos del comportamiento de los superconductores. Esta teoría, brinda una forma de obtener la energía suficiente para separar los pares de Cooper en electrones individuales y medirlos experimentalmente. Pero la teoría también explica el efecto isótopo, donde la temperatura en la que ocurre la superconductividad es reducida si se añaden átomos más pesados de los elementos que componen dicho material.