La Teoría BCS de la Superconductividad

La teoría microscópica estándar de la superconductividad es la teoría BCS, llamada así en honor a K. Bardeen, L. Cooper y J.R. Schrieffer, que la propusieron en 1957 ( y por la cual les fue concedido el premio Nobel en 1972). Explica perfectamente las propiedades de los materiales superconductores habituales de baja temperatura critica (superconductores por debajo de 23ºK). El concepto básico de la teoría BCS es la idea del emparejamiento: a una temperatura lo suficientemente baja, los electrones del metal se asocian en pares, llamados pares de Cooper, análogos a moléculas. Para romper un par hay que suministrar una energía por lo menos igual a su energía de enlace. No es de extrañar, pues que el superconductor no pueda absorber energías inferiores a un cierto valor critico (llamado banda prohibida del superconductor). 

Cuando una corriente eléctrica pasa a través de un metal ordinario, los electrones en movimiento pueden sr desviados por impurezas o por los movimientos de la red cristalina. Estas colisiones son responsables de la resistencia eléctrica del metal. pero cuando se hace pasar a un supercondcutor por una corriente eléctrica, los pares de Cooper se mueven de un modo coherente. Simplificado, todos ellos, efectúan el mismo movimiento (esta propiedad esta ligada al hecho de que, contrariamente a las moléculas ordinarias, los pares de Cooper se interpenetran ampliamente). 

Un electrón no puede ser desviado individualmente y la resistencia eléctrica desaparecer. Como en las moléculas ordinarias, los pares se forman porque hay una fuerza de atracción entre los electrones. En los superconductores de baja temperatura critica, esta atracción se debe a la interacción de los electrones con las vibraciones de la red cristalina. 

Los cuantos de estas vibraciones se llaman fonones; son los análogos de los fotones luminosos. Pero este mecanismo particular de la atracción entre dos electrones no es un ingrediente esencial de la teoría BCS. Se puede considerar también una interacción en que intervengan las fluctuaciones de los momentos magnéticos de los iones de cobre. Actualmente, hay solidas pruebas en favor de la existencia de pares de Cooper en los superconductores de alta temperatura critica. Por contra, el mecanismo de formación de estos pares es objeto de gran controversia.