超导

第一类超导体

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想象一位固执的门卫,他要让一个房间里彻底没有某位不受欢迎的客人——磁场——把它一丝一毫都挡在门外。随着门外压力越来越大,他稳稳守住防线,完全拒绝放行。然后,就在外面的人群超出他能应付的那一刻,他一下子全盘放弃,房间顿时被涌入淹没。中间没有半步。

第一类超导体的表现就像这位门卫。在低于其临界磁场时,它通过迈斯纳效应把磁场完全排出,让内部保持彻底无场。可这种排斥只维持到一道明确的门槛为止;一旦越过这个唯一的临界磁场,超导态就在整块样品里骤然崩溃,材料一步干净地退回成普通金属。它不会让磁场逐渐渗入。

它之所以重要,是因为它代表了超导态最简单、最干净的形态,而大多数纯元素金属——铅、锡、铝、水银——都是这样表现的。它在实用上的短处是临界磁场很小,所以哪怕一块相当普通的磁铁也能摧毁它的超导。正是这个弱点,使得第一类材料几乎无法用来制造强磁体,也正因如此才需要第二类超导体来替代。

铅只在磁场达到约0.08特斯拉之前保持超导——这比许多普通马蹄形磁铁两极之间的磁场还弱——一到这个值,它的超导就一下子消失。

像铅这样的第一类金属,即使面对相当弱的磁场也会一下子全盘投降。

这种干净的“非此即彼”行为,源自第一类材料配对的几何:它的相干长度,相比磁场能渗入的深度要长,所以在能量上把磁场整个挡在外面,比让它一小块一小块地进来更划算。

又称
soft superconductor第一类超导体