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1954 promovierte Cooper an der Universität Columbia und lehrte dann an der Universität Columbus in Ohio. Heute ist er an der Brown-Universität in Providence (Rhode Island).
Der hauptbeitrag von Cooper liegt in der BCS-Theorie. Die BCS-Theorie wurde zwischen 1955 und 1957 von John Bardeen und J. R. Schrieffer entwickelt und baut auf dem Konzept der Cooper-Paare auf, das unter besonderen Bedingungen eine paarweise Anordnung von Elektronen ermöglicht.