孤注一掷的第一个家族
回想迈斯纳那一篇：超导体会把磁场推出体外，而一旦磁场太强——超过它的临界磁场——它就投降，变回普通金属。最早发现的那些超导体，比如昂内斯的水银和铅，就是以这种孤注一掷的方式行事。在临界磁场以下，它们内部完全无磁；磁场一旦超过它，超导便在各处同时彻底崩溃。
这些叫做第一类超导体。它们干净简单，完美地展示了教科书里的迈斯纳效应。但有个要命之处，让它们几乎没法用来造强磁体：它们的临界磁场太弱了。一块寻常的磁体就足以摧毁它们的超导。而由于承载大电流本身就会产生磁场，一根第一类导线还没载多大电流，它自己的磁场就把它所依赖的那个态给杀死了。
更聪明的第二个家族
后来人们发现了第二个家族，它会做出一种折中——而这折中改变了技术。这些是第二类超导体。在弱磁场下，它们和第一个家族一样，把磁场彻底排出去。但当磁场增强时，它们不是一下子崩溃，而是达成一笔交易：超过第一道较低的门槛后，它们允许磁场以一种受控的、零敲碎打的方式穿过去，而在其余各处仍保持超导。
想象一把伞在大雨里。第一类伞替你挡得滴水不沾，直到大风把它吹得里朝外翻，从此你浑身湿透。第二类伞面对同样的风，让几滴雨从一些小针孔里漏进来——你在几处稍微淋湿一点——但身上其余地方仍是干的，而这伞能在恶劣得多的天气里继续顶用。那些针孔，是存活的代价。
磁场的漩涡
那些针孔有个名字，还有一种优美的结构。每一个都是一道磁通涡旋：一根细管，磁场获准从那里笔直穿过材料，四周环绕着一圈微小的、打转的超导电流的漩涡——就像水螺旋着流下排水口的那种旋涡。电流绕着管子打转，恰恰是为了把磁场围堵起来，将它钉在那狭窄的管芯里，挡在其他一切地方之外。
在这里，先前提过的磁通量子化又全力登场了：每一个涡旋都携带完全相同的、固定的一份磁场，不多一分，不少一分。磁场越强，无非是涡旋越多、挤得越密，每一个都和上一个一模一样。在弱磁场下，它们铺开成一个整齐的三角形网格，你真的能把它拍下来——一片穿过金属的、井井有条的漩涡阵列。
TYPE-I: field | superconducting?
weak | yes, fully field-free inside
> Hc | NO (collapses everywhere at once)
TYPE-II: field | superconducting?
weak | yes, fully field-free inside
medium | yes, but field pierces as vortices
> Hc2 | NO (vortices overlap; state is gone)为什么涡旋必须被钉牢
放进涡旋，是第二类超导体得以挺过巨大磁场的原因——但它也带来一个新问题。一块超导体在不失去零电阻的前提下能稳定承载的最大电流，叫做它的临界电流。在第二类材料里，这个电流上限是由涡旋决定的。当电流流过一道涡旋时，会从侧面推它，而一旦涡旋开始移动，这种移动就会从电流里拽走能量，电阻便悄悄回来。一块涡旋四处游荡的超导体，就不再是完美无损的了。
对策是把涡旋钉死在原地。工程师故意在导线里撒进微小的瑕疵和杂质，它们就像一个个小钩子，钩住每道涡旋，使其固定不动。这叫做涡旋钉扎。一根钉扎得当的导线，能在强磁场中承载巨大的电流而仍不显电阻，因为涡旋被卡住了，没法抽走能量。制造超导磁体这门手艺，在出人意料的程度上，就是把涡旋钉好的手艺。
为什么会有这种区别
是什么决定了一种材料属于哪个家族？归根结底是两个微小的长度尺度在较量。一个是上一篇里的相干长度——大致是一对库珀对的尺寸，是超导态能够发生变化的最小区块。另一个是磁场从表面能渗入多深，才被屏蔽电流挡住。当磁场渗入的距离比相干长度更长时，材料觉得把自己布满涡旋是划算的，于是它是第二类；反过来，则是第一类。
你不必算清这笔账，也能记住这句要点：第一类在低磁场处一下子全盘放弃，而第二类通过让磁场以量子化涡旋阵列的形式穿过去来容忍它，能挺到高出几百倍的磁场。几乎每一块干真活的超导体——你将在下一篇里遇见的每一块强大磁体——都是第二类材料。