BCS-Theorie

Nach der BCS-Theorie ist der supraleitende Zustand Folge von Zusammenschlüssen freier Elektronen zu sog. Cooper-Paaren. Diese befinden sich allesamt im selben quantenmechanischen Zustand und reagieren kollektiv auf äußere Einflüsse wie elektrische oder magnetische Felder. Dadurch wird eine Wechselwirkung mit dem Rest des Metalls verhindert und die typischen Eigenschaften eines Supraleiters wie der verschwindende elektrische Widerstand begründet.

Die Paarbildung wird ermöglicht durch eine schwache anziehende Wechselwirkung zwischen den Elektronen, die aber bei sehr geringen Temperaturen stark genug ist, um sowohl deren elektrische Abstoßung als auch die verbliebene thermische Bewegung zu überwinden. Bei zu großer Energieeinwirkung von außen, sei es durch Wärmezufuhr, eine zu großen Stromdichte, Bestrahlung oder dergleichen, werden die Paare allerdings wieder aufgebrochen und die Elektronen gehen ihre normale Wechselwirkung mit dem übrigen Metall wieder ein. Das erklärt, warum Supraleitung nur bei sehr kleinen Temperaturen, Strömen und Magnetfeldern auftreten kann.

Die BCS-Theorie erklärt nur die konventionelle Supraleitung bei Temperaturen nahe dem absoluten Temperaturnullpunkt. Hochtemperatursupraleitung, wie sie etwa in einigen Keramiken auftritt, kann sie nicht erklären.

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