超导电性

Superconductivity

超导是宏观量子现象，是在20世纪初由荷兰物理学家翁纳斯（H. Kamerlingh Onnes）发现的。1908年翁纳斯及其助手成功地将氦（Helium）液化，得到了4.25K以下的低温。1911年当他们测量水银（Hg）电阻的时候，发现在4.2K附近其电阻突然消失，这一发现掀开了超导研究和应用的篇章。

零电阻是超导体的一个基本特征，由于没有电阻，超导体传输电流时没有能耗，因此是理想的导体。此外，超导体还是完全的抗磁体，外加磁场无法进入或（严格说是）大范围地存在于超导体内部，这是超导体的另一个基本特性。超导的抗磁现象是1933年迈斯纳（W. Meissner）和奥森费尔德（R. Ochsenfeld）发现的，称为迈斯纳效应。迈斯纳效应和零电阻现象是实验上判定一个材料是否为超导体的两大要素。

超导相变是一个二级相变，相变温度称为超导相变临界温度，一个材料从正常的金属或绝缘体转变到超导相总是伴随一种宏观量子序（序参量）的形成，这种宏观量子序是一种非对角长程序， 没有经典对应。当温度降低时，从正常态到电阻完全为零的超导态存在一个相变过渡区，这个过渡区的宽度是由超导涨落决定的。在通常的金属超导体中，超导涨落 很小，过渡区很窄，电阻随温度很快降为零。但在氧化物高温超导体（HTc）或不纯的金属超导体中，超导涨落很大，过渡区很宽，电阻下降相对较慢。

超导体的电阻为零，是对直流电阻而言的，交流电阻严格来讲不为零，但在低频时通常很小。而且，超导的零电阻并不是绝对的，当超导体中的电流密度超过 某一临界值Ic时，超导体就会从超导态转变到正常态，失去超导电性。Ic称为超导的临界电流密度。同样，超导的抗磁性也不是绝对的。当外磁场超过某一临界 值时，超导体表面电流会超过临界电流密度，从而破坏超导电性。

超导研究大事记

1. 1911，翁纳斯发现零电阻效应；
2. 1931，发现锡在转变到超导态时比热容有跳变；
3. 1933，迈斯纳等发现迈斯纳效应；
4. 1935，为解释迈斯纳效应，伦敦兄弟提出伦敦方程；
5. 1950，金兹堡和朗道提出超导唯象理论；
6. 1950，弗拉里希（H. Frohlich）提出电声子相互作用作为超导电性的微观机制；
7. 1956，库珀（Cooper）提出电子配对概念；
8. 1957，巴丁、库珀、施里弗提出超导的微观理论：BCS理论；
9. 1962，约瑟夫森（B. D. Josephson）预言了超导体的隧道效应；
10. 1986，贝特诺兹（G. Bednorz）和米勒（K. A. Muller）发现氧化物高温超导体；
11. 截至2007年3月，超导转变温度的世界记录是138K。

参考：

1. 向涛，《d波超导体》，科学出版社，2007
2. 历史回眸：超导现象的理论解释
3. 元江：走过超导之路(1)----缘起
4. 元江：走过超导之路(2)----超导的实验现象
5. 元江：走过超导之路(3)--早期超导理论探索
6. 元江：走过超导之路(4)----朗道理论的奇葩(1)
7. 元江：走过超导之路(4)--朗道理论的奇葩(2)
8. 元江：走过超导之路(5)--青史从头论
9. 元江：走过超导之路(6)--铜铁炉中翻火焰
10. 元江：走过超导之路(7)--无边落木萧萧下

论文

1. 奇迹文库：超导电性
2. arXiv.org: Superconductivity