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[物理学家小传]：BCS
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在超导的众多诺贝尔奖中，有一个是超导微观理论，又称BCS理论，它是常规超导体（一般是金属或者合金）的基础理论，也是凝聚态物理里面一个非常重要的理论。
BCS其实是三个人名字的缩写，让我们永远记住这三位杰出的物理学家：Bardeen、Cooper和Schriffer。他们三个解决了困惑人们数十年的超导之谜，更是凝聚态理论的一次重要突破。
J．Bardeen是唯一一个获得两次诺贝尔物理学奖的物理学家。你或许对这个人不大熟悉，但是是要看一下你电脑里面的结构就知道他贡献的重要性了。Bardeen是晶体管的发明者、半导体理论的创立者、超导微观理论的建立者。晶体管的发明是20世界最伟大的发明，也是改变人类生活最重要的发明，有了它，一系列电子期间尤其是计算机得到了高速的发展。计算机在之前并不是没人造过，有个数学家曾经发明过靠机械运转的计算机，但是因为经费告罄而半途而废，晶体管计算机的出现彻底改变了人类的世界。半导体理论的进展直接促进了半导体集成电路的出现和改进，计算机更是飞速地发展，如果你看Bardeen当年的晶体管，你会觉得是”老土”，可就是这么简单的东西改变了20世界人类的世界。
Bardeen在BSC理论中是老大，并不是说他是主要贡献者，但他绝对是一个优秀的组织者，他用十分锐利的眼光召集到了Cooper和Schriffer。当时Bardeen已经获得第一个诺贝尔奖，在科学家大名鼎鼎，作为如此优秀的科学家，已经没啥可以遗憾的了。可Bardeen就是这么一个不满足现有成就的人，他瞄准了及其困难的超导理论，那时超导还是一个迷，没人可以解释这么美妙的现象。在温度降到一定程度，电阻消失了，磁场屏蔽出了超导体外……Bardeen决心找几个人来解决这个难题。
刚好Cooper来他那里访问，于是Bardeen问他有没有兴趣做超导理论。Cooper年轻气盛，加上迫切希望找到一个职位养家糊口，很快就答应了下来。BCS的突破就在于Cooper的天才。在大家百思不得其解的时候，Cooper想到了一个问题，如果电子之间存在微弱的相互吸引作用，那么会如何？经过简单的计算，他得到了结论：在Fermi面附近的电子如果存在微弱的吸引作用，无论吸引作用多大，那么这样构成的电子对将会存在一个能量更低态，也就是说，电子会发生凝聚，金属态将塌缩。这是一个伟大的创见，因为电子本来是相互排斥的，何况还有Pauli不相容原理的限制，在绝对零度只能构成Fermi球，球的表面就是Fermi面。Cooper的假使在于，需要充分考虑晶格也就是原子实对电子的吸引作用，由于晶格的畸变，会间接形成电子之间的吸引作用，就像滑冰的两个人互相抛球，总会有一个弱的关联效应。正是因为这个关联效应，导致电子发生配对凝聚。Cooper成功提出电子对的概念，后来命名为Cooper对（Cooper pair），这就是BCS理论的灵魂。
有了Cooper，Bardeen还需要找一个干活的研究生，就问了他新来的学生Schriffer。当时Bardeen给他列出了一堆当今物理前沿的题目，并指出超导是最难最有挑战性的，一旦做出来肯定是诺贝尔奖，但更大的可能是做不出来，可Schriffer接受了这个挑战。Bardeen问Schriffer是几年级，他回答说刚刚博士一年级，于是Bardeen说还行，花一年时间要是做出不出来还可以换题目，这样也不耽误他的博士毕业。就这样，作为博士生的Schriffer加入他们的行列。Cooper已经完成Cooper对存在可能性的证明，那个证明是完美的。有了电子对的概念，下一步就是找到波函数。Schriffer想了很久，没有头绪。就在他满脑乱麻的时候，他作为散心去听了一个粒子物理方面的报告，里面提到了一个简单的波函数，Schriffer眼睛一亮。回去后他硬是凑出了一个波函数，而且他发现，这个波函数可以简单地描述超导。
有了电子对以及波函数后，大家充满了兴奋。Bardeen于是决定闭关修炼，三个人关在屋子里苦算了三四十天。打开门的时候，他们骄傲地宣布，超导微观理论诞生了。从此超导研究开始了新的篇章。
只是BCS的诺贝尔奖却姗姗来迟，大概是因为一个理论需要实验的验证。在充分的实验验证下，BCS站住了脚，经受了考验，终于被大家接受。并在公布二十多年后获得Nobel。
BCS是一个典型的科研合作范例。三个人里面有优秀的组织者Bardeen，有天才的思索者Cooper，有敢于挑战难题的年轻学生Schriffer。三驾马车协调运作，完成了这个优美的理论。现在的科研也很需要这种合作精神，因为科学难题不再是单枪匹马就可以搞定了。好的科研成果都是大家摒弃任何成见，共同奋斗，热烈讨论而出来的成果。
BCS里面的三个人，Bardeen曾经来访问物理所。我们副所长问他获得两次诺贝尔物理学奖的秘诀，他说真诚合作和敢于用年轻人是重要的两点。愿现在的科学家少一些门派成见，少一些封锁消息，多一些交流合作。
最近听到Schriffer的一个消息，说他醉酒驾车撞了人而入狱。不知道现在出来没有？科学家也是常人，所以也难免犯一些常人的错误。
最后，愿BCS的合作精神在科研界代代相传。
https://blog.sciencenet.cn/blog-22926-16433.html
上一篇：[物理学家小传]：R.Penrose and S.Hawking
下一篇：[物理学家小传]：Fermi 和Landau
BCS其实是三个人名字的缩写，让我们永远记住这三位杰出的物理学家：Bardeen、Cooper和Schriffer。他们三个解决了困惑人们数十年的超导之谜，更是凝聚态理论的一次重要突破。
J．Bardeen是唯一一个获得两次诺贝尔物理学奖的物理学家。你或许对这个人不大熟悉，但是是要看一下你电脑里面的结构就知道他贡献的重要性了。Bardeen是晶体管的发明者、半导体理论的创立者、超导微观理论的建立者。晶体管的发明是20世界最伟大的发明，也是改变人类生活最重要的发明，有了它，一系列电子期间尤其是计算机得到了高速的发展。计算机在之前并不是没人造过，有个数学家曾经发明过靠机械运转的计算机，但是因为经费告罄而半途而废，晶体管计算机的出现彻底改变了人类的世界。半导体理论的进展直接促进了半导体集成电路的出现和改进，计算机更是飞速地发展，如果你看Bardeen当年的晶体管，你会觉得是”老土”，可就是这么简单的东西改变了20世界人类的世界。
Bardeen在BSC理论中是老大，并不是说他是主要贡献者，但他绝对是一个优秀的组织者，他用十分锐利的眼光召集到了Cooper和Schriffer。当时Bardeen已经获得第一个诺贝尔奖，在科学家大名鼎鼎，作为如此优秀的科学家，已经没啥可以遗憾的了。可Bardeen就是这么一个不满足现有成就的人，他瞄准了及其困难的超导理论，那时超导还是一个迷，没人可以解释这么美妙的现象。在温度降到一定程度，电阻消失了，磁场屏蔽出了超导体外……Bardeen决心找几个人来解决这个难题。
刚好Cooper来他那里访问，于是Bardeen问他有没有兴趣做超导理论。Cooper年轻气盛，加上迫切希望找到一个职位养家糊口，很快就答应了下来。BCS的突破就在于Cooper的天才。在大家百思不得其解的时候，Cooper想到了一个问题，如果电子之间存在微弱的相互吸引作用，那么会如何？经过简单的计算，他得到了结论：在Fermi面附近的电子如果存在微弱的吸引作用，无论吸引作用多大，那么这样构成的电子对将会存在一个能量更低态，也就是说，电子会发生凝聚，金属态将塌缩。这是一个伟大的创见，因为电子本来是相互排斥的，何况还有Pauli不相容原理的限制，在绝对零度只能构成Fermi球，球的表面就是Fermi面。Cooper的假使在于，需要充分考虑晶格也就是原子实对电子的吸引作用，由于晶格的畸变，会间接形成电子之间的吸引作用，就像滑冰的两个人互相抛球，总会有一个弱的关联效应。正是因为这个关联效应，导致电子发生配对凝聚。Cooper成功提出电子对的概念，后来命名为Cooper对（Cooper pair），这就是BCS理论的灵魂。
有了Cooper，Bardeen还需要找一个干活的研究生，就问了他新来的学生Schriffer。当时Bardeen给他列出了一堆当今物理前沿的题目，并指出超导是最难最有挑战性的，一旦做出来肯定是诺贝尔奖，但更大的可能是做不出来，可Schriffer接受了这个挑战。Bardeen问Schriffer是几年级，他回答说刚刚博士一年级，于是Bardeen说还行，花一年时间要是做出不出来还可以换题目，这样也不耽误他的博士毕业。就这样，作为博士生的Schriffer加入他们的行列。Cooper已经完成Cooper对存在可能性的证明，那个证明是完美的。有了电子对的概念，下一步就是找到波函数。Schriffer想了很久，没有头绪。就在他满脑乱麻的时候，他作为散心去听了一个粒子物理方面的报告，里面提到了一个简单的波函数，Schriffer眼睛一亮。回去后他硬是凑出了一个波函数，而且他发现，这个波函数可以简单地描述超导。
有了电子对以及波函数后，大家充满了兴奋。Bardeen于是决定闭关修炼，三个人关在屋子里苦算了三四十天。打开门的时候，他们骄傲地宣布，超导微观理论诞生了。从此超导研究开始了新的篇章。
只是BCS的诺贝尔奖却姗姗来迟，大概是因为一个理论需要实验的验证。在充分的实验验证下，BCS站住了脚，经受了考验，终于被大家接受。并在公布二十多年后获得Nobel。
BCS是一个典型的科研合作范例。三个人里面有优秀的组织者Bardeen，有天才的思索者Cooper，有敢于挑战难题的年轻学生Schriffer。三驾马车协调运作，完成了这个优美的理论。现在的科研也很需要这种合作精神，因为科学难题不再是单枪匹马就可以搞定了。好的科研成果都是大家摒弃任何成见，共同奋斗，热烈讨论而出来的成果。
BCS里面的三个人，Bardeen曾经来访问物理所。我们副所长问他获得两次诺贝尔物理学奖的秘诀，他说真诚合作和敢于用年轻人是重要的两点。愿现在的科学家少一些门派成见，少一些封锁消息，多一些交流合作。
最近听到Schriffer的一个消息，说他醉酒驾车撞了人而入狱。不知道现在出来没有？科学家也是常人，所以也难免犯一些常人的错误。
最后，愿BCS的合作精神在科研界代代相传。
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