超导体是电子在宏观尺度的量子结构，是某种平均动量的凝结

超导体是电子在宏观尺度的量子结构，是某种平均动量的凝结

1955年金秋季节，巴丁与他的研究生罗伯特·施里弗，以及另一位年轻的博士利昂·库珀组成了一个探索超导现象微观机理的研究小组，开始朝这一神秘的领域进发。巴丁原是半导体领域的专家，1956年因发现晶体管效应而劳获诺贝尔物理学奖；库珀对量子场论、量子统计以及处理数理方法非常认识；而施里弗则年轻灵敏、敢想敢闯。他们老、中、青三结全，为揭开超导之谜奠定了可靠的知识基础。


仅过了一年，库珀就提出了"库珀对"的崭新概念。"库珀对"是一种电子束缚对，它由两个电子组成，由于晶格的存在，这两个电子之间除了库仑斥力之外，还有一种由晶格引起的引力。正是这种附加的引力作用，才使这两个电子彼此挨近，组成电子对的。库珀建立了物理模型，接下去的数学计算重任落在了施里弗的肩上。
就在库珀提出"库珀对"概念的下一年——1957年，施里弗在阅读英国物理学家伦敦的一本书的，顿时茅塞顿开，豁然开朗。伦敦这位超导理论的先驱，他是怎样论述的呢？他在书中写道："超导体是电子在宏观尺度的量子结构，是某种平均动量的凝结。"正是这句话使施里弗认识到，"库珀对"中的两个电子虽然相距非常微小，但相对于原子核来说却是异常大的。这样，大量的"库珀对"必然要相互联系，形在凝结状态，正是微观尺度上的这种凝聚态，在宏观尺度上表现为奇妙的超导电性。这样，当务之急便是用量子力学的方法写出描述这种凝集态的波函数，即超导体的基态波函数。经过连续奋战，施里弗如愿以偿，写出这个"众里寻它千百度"的波函数。在此基础上，巴丁、施里弗和库珀三位科学家又通力合作，乘胜追击，一套完整的超导微观理论终于呈现在这三位合作者的眼前，超导性的奥秘终于揭开了，他们三人荣幸地分享了1972年度的诺贝尔物理学奖。这一理论也以他们姓氏的头一个字母命名，称为"BCS理论"。
美籍德国人弗茹里赫与美国伊利诺斯大学的巴丁经过复杂的研究和推论后，同时提出：超导电性是电子与晶格振动相互作用而产生的。他们都认为金属中的电子在点阵中被正离子所包围，正离子被电子吸引而影响到正离子振动，并吸引其它电子形成了超导电流。接着，美国伊利诺斯大学的巴丁、库柏和斯里弗提出超导电量子理论，他们认为：在超导态金属中电子以晶格波为媒介相互吸引而形成电子对，无数电子对相互重迭又经常互换搭配对象形成一个整体，电子对作为一个整体的流动产生了超导电流。由于拆开电子对需要一定能量，因此超导体中基态和激发态之间存在能量差，即能隙。这一重要的理论预言了电子对能隙的存在，成功地解释了超导现象，被科学家界称作"巴库斯理论"。这一理论的提出标志着超导理论的正式建立，使超导研究进入了一个新的阶段。
1960-1961年美籍挪威人贾埃瓦用铝做成隧道元件进行超导实验，直接观测到了超导能隙，证实了巴库斯理论。他在大量实验中，曾多次测量到零电压的超导电流，但未引起他的重视。
1962年年仅20多岁的剑桥大学实验物理研究生约瑟夫逊在闻名科学家安德森指导下研究超导体能隙性质，他提出在超导结中，电子对可以通过氧化层形成无阻的超导电流，这个现象称作直流约瑟夫逊效应。当外加直流电压为V时，除直流超导电流之外，还存在交流电流，这个现象称作交流约瑟夫逊效应。将超导体放在磁场中，磁场透入氧化层，这时超导结的最大超导电流随外磁场大小作有规律的变化。约瑟夫逊的这一重要发现为超导体中电子对运动提供了证据，使对超导现象本质的熟悉更加深入。约瑟夫森效应成为微弱电磁信号探测和其他电子学应用的基础。
科学家对此真可谓"望穿秋水"了。然而，它却对解释超导机制的BCS理论是一次严重的挑战！因为根据BCS理论，超导最高临界温度不会超过40K，而现在却早已远远地超过了这一极限。很显然，BCS理论是解释不了新发现的超导现象的，这就类似于本世纪初时，牛顿力学所碰到的尴尬局面，人们在努力寻找超导领域中的"爱因斯坦相对论"。新的超导机理在何方？许多科学家为此作了种种探索。
日本物理学家田中昭二等人对超导陶瓷的结构进行了分析，提出了6个氧原子包围铜原子所组成的八面体分为两层，当电子在这"夹层"中穿过时，就出现了超导现象。
美国物理学家菲利普·安德森也提出了一个新的超导理论，他一反"库珀对"的常规，认为电子不是互相吸引而是互相排斥，正是这种排斥才使电子与电子挨近了，结合了。
中国复旦大学的陶瑞宝也提出了一个超导的激子渗流理论，这一理论认为，处于超导态下的电子具有特别的能带结构，这些电子形成的电子波在晶体中互相迭加，当在这晶体中通以电流时，电子就会绕过晶体中的点阵，沿电子波迭加的方向运动，不会产生阻力，由此便产生了超导现象。
迄今为止，已有5位物理学家由于超导电性的研究而获得诺贝尔奖。他们是：1957年提出BCS超导微观理论的美国物理学家巴丁（J.Bardeen）、库珀（L.N.Cooper）、施里弗（J.R.Schrif-fer），于 1972年获奖，从理论的提出到获奖时隔 15年； 1960年发现单电子超导隧穿效应的美国物理学家贾埃佛（J.Giaever）；1962年预言约瑟夫森效应的英国物理学家约瑟夫森（B.D.Josephsen），他们时隔11年后，于1973年获奖；1986年，在国际商用机器公司（IBM）苏黎士研究室工作的瑞士物理学家缪勒（K.A.Muller）和他的学生、德国物理学家柏诺兹（J.G.Bednorz）发现Ba-La-Cu-O系统物质的高温超导性，于1987年获奖。1950年，维塔利·金茨堡与郎道提出了描述超导现象的理论公式。1957年阿列克谢·阿布里科索夫在维塔利·金茨堡提出的理论基础上，成功地解释了II型超导体特性的理论。他与阿列克谢·阿布里科索夫、美国科学家安东尼·莱格特于2003年获奖。维塔利·金茨堡同前苏联低温物理学家卡皮察、理论物理学家郎道一起共事多年。卡皮察1978年获得诺贝尔物理学奖。由于维塔利·金茨堡在超导体理论方面的工作，他和郎道被认为是超导体理论之父。郎道于1962年因对凝聚态的研究成果获得诺贝尔物理学奖。而他87岁时才如愿以偿。