超導

第一類超導體

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想像一位固執的門衛,他要讓一個房間裡徹底沒有某位不受歡迎的客人——磁場——把它一絲一毫都擋在門外。隨著門外壓力越來越大,他穩穩守住防線,完全拒絕放行。然後,就在外面的人群超出他能應付的那一刻,他一下子全盤放棄,房間頓時被湧入淹沒。中間沒有半步。

第一類超導體的表現就像這位門衛。在低於其臨界磁場時,它通過邁斯納效應把磁場完全排出,讓內部保持徹底無場。可這種排斥只維持到一道明確的門檻為止;一旦越過這個唯一的臨界磁場,超導態就在整塊樣品裡驟然崩潰,材料一步乾淨地退回成普通金屬。它不會讓磁場逐漸滲入。

它之所以重要,是因為它代表了超導態最簡單、最乾淨的形態,而大多數純元素金屬——鉛、錫、鋁、水銀——都是這樣表現的。它在實用上的短處是臨界磁場很小,所以哪怕一塊相當普通的磁鐵也能摧毀它的超導。正是這個弱點,使得第一類材料幾乎無法用來製造強磁體,也正因如此才需要第二類超導體來替代。

鉛只在磁場達到約0.08特斯拉之前保持超導——這比許多普通馬蹄形磁鐵兩極之間的磁場還弱——一到這個值,它的超導就一下子消失。

像鉛這樣的第一類金屬,即使面對相當弱的磁場也會一下子全盤投降。

這種乾淨的「非此即彼」行為,源自第一類材料配對的幾何:它的相干長度,相比磁場能滲入的深度要長,所以在能量上把磁場整個擋在外面,比讓它一小塊一小塊地進來更划算。

又稱
soft superconductor第一类超导体