邁斯納效應
編輯邁斯納效應是當超導體冷卻到臨界溫度以下時,超導體在過渡到超導狀態期間磁場從超導體中排出。 這種驅逐將排斥附近的磁鐵。
在施加磁場的情況下,樣品被冷卻到低于它們的超導轉變溫度,于是樣品幾乎消除了所有內部磁場。 他們只是間接地檢測到這種效應,因為磁通量被超導體守恒:當內部磁場減小時,外部磁場增加。 該實驗首次證明超導體不僅僅是完美導體,并提供了超導體狀態的獨特定義特性。 排斥效應的能力取決于超導體晶胞內中和所形成的平衡性質。
內部幾乎沒有或沒有磁場的超導體被稱為邁斯納態。 當施加的磁場太強時,邁斯納態就會崩潰。 根據這種擊穿的發生方式,超導體可以分為兩類。
在 I 型超導體中,當施加的場強超過臨界值 Hc 時,超導性會突然被破壞。 根據樣品的幾何形狀,人們可以獲得一種中間狀態,該狀態由帶有磁場的普通材料區域與不包含磁場的超導材料區域混合而成的巴洛克圖案組成。
在 II 型超導體中,將施加的場提高到超過臨界值 Hc1 會導致混合狀態(也稱為渦流狀態),其中越來越多的磁通量穿透材料,但仍然沒有電流阻力,因為 只要電流不是太大。 在第二個臨界場強 Hc2 下,超導性被破壞。 混合態是由電子超流體中的渦流引起的,有時稱為通量子,因為這些渦流攜帶的通量是量子化的。 大多數純元素超導體,除了鈮和碳納米管,都是 I 型,而幾乎所有的不純和化合物超導體都是 II 型。
說明
編輯Fritz 和 Heinz London 兄弟對邁斯納效應給出了現象學解釋,他們表明超導體中的電磁自由能被最小化,
其中 H 是磁場,λ 是倫敦穿透深度。
這個方程式被稱為倫敦方程式,預測超導體中的磁場從它在表面的任何值呈指數衰減。 這種磁場排除是在從導體到超導體的相變過程中出現的超抗磁性的表現,例如通過將溫度降低到臨界溫度以下。
在弱外加場(小于破壞超導相的臨界場)中,超導體通過在其表面附近建立電流來排出幾乎所有磁通量,因為磁場 H 在倫敦穿透深度內從 表面。 這些表面電流將超導體的內部體積與外部施加場屏蔽開來。 由于場驅逐或抵消不隨時間變化,產生這種效應的電流(稱為持續電流或屏蔽電流)不會隨時間衰減。
在地表附近,在倫敦穿透深度內,磁場并未完全取消。 每種超導材料都有其特有的穿透深度。
任何完美的導體都會阻止由于零電阻下的普通電磁感應而導致通過其表面的磁通量發生任何變化。 然而,邁斯納效應與此截然不同:當普通導體被冷卻以使其在恒定施加磁場的情況下轉變為超導狀態時,磁通量在轉變過程中被排出。 這種效應不能用無窮大的電導率來解釋,而只能用倫敦方程來解釋。 磁鐵在已經超導材料上方的放置和隨后的懸浮并不能證明邁斯納效應,而最初靜止的磁鐵后來被超導體排斥,因為它被冷卻到臨界溫度以下。
由于楞次定律或法拉第定律,超導體中存在的用于排出磁場的持續電流通常被誤解。 不是這種情況的一個原因是沒有改變磁通量來感應電流。
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