超導體的基本物理特性

　　超導體，又稱為超導材料，指在某一溫度下，電阻為零的導體。那麼關於超導體，它的基本物理特性有哪些?在下面小編給你分享，歡迎閱讀。

　　：完全導電性

　　完全電導性又稱零電阻效應，指溫度降低至某一溫度以下，電阻突然消失的現象。

　　完全電導性適用於直流電，超導體在處於交變電流或交變磁場的情況下，會出現交流損耗，且頻率越高，損耗越大。[1] 交流損耗是超導體實際應用中需要解決的一個重要問題，在巨集觀上，交流損耗由超導材料內部產生的感應電場與感生電流密度不同引起;在微觀上，交流損耗由量子化磁通線粘滯運動引起 。交流損耗是表徵超導材料效能的一個重要引數，如果交流損耗能夠降低，則可以降低超導裝置的製冷費用，提高執行的穩定性。

　　：完全抗磁性

　　完全抗磁性又稱邁斯納效應，“抗磁性”指在磁場強度低於臨界值的情況下，磁力線無法穿過超導體，超導體內部磁場為零的現象，“完全”指降低溫度達到超導態、施加磁場兩項操作的順序可以顛倒。完全抗磁性的原因是，超導體表面能夠產生一個無損耗的抗磁超導電流，這一電流產生的磁場，抵消了超導體內部的磁場。

　　超導體電阻為零的特性為人們所熟知，但超導體並不等同於理想導體。從電磁理論出發，可以推匯出如下結論：若先將理想導體冷卻至低溫，再置於磁場中，理想導體內部磁場為零;但若先將理想導體置於磁場中，再冷卻至低溫，理想導體內部磁場不為零。對於超導體而言，降低溫度達到超導態、施加磁場這兩種操作，無論其順序如何，超導體超導體內部磁場始終為零，這是完全抗磁性的核心，也是超導體區別於理想導體的關鍵。

　　：通量量子化

　　通量量子化又稱約瑟夫森效應，指當兩層超導體之間的絕緣層薄至原子尺寸時，電子對可以穿過絕緣層產生隧道電流的現象，即在超導體***superconductor***—絕緣體***insulator***—超導體***superconductor***結構可以產生超導電流。

　　約瑟夫森效應分為直流約瑟夫森效應和交流約瑟夫森效應。直流約瑟夫森效應指電子對可以通過絕緣層形成超導電流。交流約瑟夫森效應指當外加直流電壓達到一定程度時，除存在直流超導電流外，還存在交流電流，將超導體放在磁場中，磁場透入絕緣層，超導結的最大超導電流隨外磁場大小作有規律的變化。

　　超導體的背景

　　超導體的發現與低溫研究密不可分。在18世紀，由於低溫技術的限制，人們認為存在不能被液化的“永久氣體”，如氫氣、氦氣等。1898年，英國物理學家杜瓦製得液氫。1908年，荷蘭萊頓大學萊頓低溫實驗室的卡末林·昂內斯教授成功將最後一種“永久氣體”——氦氣液化，並通過降低液氦蒸汽壓的方法，獲得1.15~4.25K的低溫。[2] 低溫研究的突破，為超導體的發現奠定了基礎。

　　在19世紀末20世紀初，對金屬的電阻在絕對零度附近的變化情況，有不同的說法。一種觀點認為純金屬的電阻應隨溫度的降低而降低，並在絕對零度時消失。另一種觀點，以威廉·湯姆遜***開爾文男爵***為代表，認為隨著溫度的降低，金屬的電阻在達到一極小值後，會由於電子凝聚到金屬原子上而變為無限大。

　　1911年2月，掌握了液氦和低溫技術的卡末林·昂尼斯發現，在4.3K以下，鉑的電阻保持為一常數，而不是通過一極小值後再增大。因此卡末林·昂尼斯認為純鉑的電阻應在液氦溫度下消失。為了驗證這種猜想，卡末林·昂尼斯選擇了更容易提純的汞作為實驗物件。首先，卡末林·昂尼斯將汞冷卻到零下40℃，使汞凝固成線狀;然後利用液氦將溫度降低至4.2K附近，並在汞線兩端施加電壓;當溫度稍低於4.2K時，汞的電阻突然消失，表現出超導狀態。