超導
邁斯納效應
/ MICE-ner ih-FEKT /
把一小塊磁鐵舉在普通金屬上方,不會有什麼戲劇性的事發生;磁場會徑直穿過金屬,彷彿金屬不存在。但把一塊超導體冷卻到臨界溫度以下、放在磁鐵附近,磁鐵就能懸在半空,被這塊拒絕讓磁場進入的材料托住。這種懸浮是整個超導領域被拍得最多的把戲。
邁斯納效應就是超導體主動把磁場從體內排出去。材料一旦轉入超導態,表面就會瞬間湧起微小的屏蔽電流,它們無阻地循環流動;這些電流自己產生的磁場,恰好在材料體內抵消掉外加的磁場。關鍵在於,即使磁場在冷卻之前就已經在裡面了,它也會被推出去——超導體不只是拒絕新來的磁場,還會把已有的磁場趕出門。
它之所以重要,是因為它證明了超導是一種真正的熱力學物態:無論你先冷卻還是先加場,最終都到達同一個狀態——而不只是零電阻留下的副產物。一個常見的誤解是以為磁鐵浮起來是因為「同極相斥」;其實它浮起來,是因為超導體重塑了整個磁場,好讓自己的內部保持無場。磁場一旦強到壓倒屏蔽電流,就會徹底摧毀超導態。
把一小塊磁鐵放在浸於液氮蒸氣中的一片超導體上,磁鐵會升起來,穩穩地懸浮在表面上方——這是世界各地課堂上都能見到的桌面演示。
磁鐵懸浮在冷卻後的超導體上方——磁場被鎖在材料內部之外。
在第二類超導體裡,這種排斥並不徹底:當磁場超過第一臨界場時,材料會讓磁場以叫做渦旋的細量子化管道穿過,而渦旋四周仍保持超導,於是這種懸浮還能把磁鐵牢牢「釘」在固定位置。
又稱
另見