超導
磁通渦旋
/ fluks VOR-teks /
用力攪一杯咖啡,會冒出一個小漩渦,一根整齊旋轉的水柱,中心還有一個安靜的小洞。在第二類超導體內部,磁場能以恰好這種漩渦的形狀穿透進來——一根細細的、打著旋的電流管,纏繞著一個讓磁場得以溜過的細芯,而材料的其餘部分則毫髮無傷。
磁通渦旋就是這樣一根穿過超導體的微觀管道,它攜帶一個磁通量子——一份固定的單元,絕不會是它的某個零頭。它的核心是一個極小的、正常的、非超導的芯,那裡配對被局部地壓制住;繞著這個芯,一股超導電流像下水口邊的旋渦那樣循環流動,把磁場限制在那一條細細的通道裡。當許多渦旋擠進來時,它們彼此相斥,安頓成一張整齊的三角形網格,就像漂在水面上排成規則圖案的木頭。
它之所以重要,是因為渦旋正是強場超導體得以存活下來的方式,而管理它們是超導磁體和導線的核心工程難題。最關鍵的誤解,是以為磁場不知怎地浸透了整塊材料;事實上它被完全擠進這些彼此隔開的管道裡,讓管道之間的一切保持著完美的超導。麻煩在於,如果渦旋能自由移動,就會把能量漏掉,所以必須把它們錨在晶體的瑕疵上。
借助一種特殊的顯微鏡,物理學家能直接拍下第二類超導體裡的渦旋——它們呈現為一張整齊的三角形點陣,每個亮點都是一個穿出表面的磁通量子。
磁通渦旋排成規則的三角形陣列,每個恰好攜帶一個磁通量子。
一根渦旋裡的磁通量,由一個涉及電子對電荷的普適自然常數定下,所以任何第二類超導體裡的每一根渦旋,攜帶的都是同一份微小而固定的量——這直接證明了電流是由對、而非單個電子來攜帶的。
又稱
另見