BCS理論（読み）びーしーえすりろん（英語表記）BCS theory

日本大百科全書(ニッポニカ)

BCS理論
びーしーえすりろん
BCS theory

超伝導の仕組みを説明する理論。1957年にバーディーン、クーパー、シュリーファーの3人が提唱したもので、各人名の頭文字をとってBCS理論とよばれる。超伝導は極低温（絶対温度で30K程度）で直流電気抵抗がゼロになる現象である。この超伝導状態になるには電気を伝える電子系が凝集状態にあることが必要と考えられていた。しかし電子はパウリの原理（排他律）に従うフェルミ粒子で、同じ量子状態に複数の電子は存在せず、互いの電気的反発力で遠ざけあうことになる。BCS理論では、この説明困難な問題を解決するために、二つの電子が対(つい)になり、あたかも一つのボース粒子（ボース粒子は同じ量子状態に複数の粒子が存在できる）のようにふるまうことを想定した（この電子の対をクーパー対とよぶ）。クーパー対は二つの電子が金属原子の格子と相互作用して（格子振動が量子化されたフォノンを電子間でやりとりして）結び付いてできていると考えられている。そして、多数のクーパー対がボース粒子として同時に動くことにより超伝導が実現すると考えられる。

［山本将史　2022年7月21日］

[参照項目] | クーパー | シュリーファー | 超伝導 | パウリの原理 | バーディーン | フォノン

出典　小学館　日本大百科全書(ニッポニカ)

ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典

BCS理論
ビーシーエスりろん
BCS theory

1957年 J.バーディーン，L.N.クーパー，J.R.シュリーファーが提案した超伝導に関する微視的理論。3人の頭文字をとって BCS理論とした。フォノンを媒介にした引力によって2個の電子が運動量空間で対を形成するということで超伝導を説明している。これらの電子対はボソン的性質をもつので，巨視的な数の電子対が同じ対電子状態を占めて，対状態が安定になる。ボース＝アインシュタイン凝縮したヘリウム4原子の超流動状態と同じように，超伝導状態が実現する。電子対をこわすには有限のエネルギーが必要であるから，素励起 (→準粒子 ) にはエネルギーギャップが存在する。したがって，超伝導体の比熱は低温で急激にゼロになる。また，ギャップの大きさは温度の上昇とともに減少し，それがゼロになる温度が転移温度である。 BCS理論は多くの実験結果をみごとに説明し，超伝導現象の理解を飛躍的に進歩させた。この理論は超流動ヘリウム3に対しても拡張されて用いられており，さらに素粒子や原子核の分野へも多くの影響を与えている。 (→超流動ヘリウム4 )

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