超導體有哪些物理特性

超導體一般我們認為就是電阻接近零的導體，超導體的另一個重要特征是完全抗磁性。但是目前科學界發(fā)現(xiàn)的超導材料，都是指在某一溫度下，電阻為零的導體。而在實驗中，若導體電阻的測量值低于10-25Ω，可以認為電阻為零。

重點要說的是，超導體具有三個基本特性：完全導電性、完全抗磁性、通量量子化。

關于超導體的完全抗磁性我們簡單說明下，所謂抗磁性，磁場引起超導電流，電流又生成磁場，由于是超導所以磁場能夠互相抵消，而這就是磁懸浮的原理。

完全抗磁性又稱邁斯納效應，“抗磁性”指在磁場強度低于臨界值的情況下，磁力線無法穿過超導體，超導體內部磁場為零的現(xiàn)象，“完全”指降低溫度達到超導態(tài)、施加磁場兩項操作的順序可以顛倒。完全抗磁性的原因是，超導體表面能夠產生一個無損耗的抗磁超導電流，這一電流產生的磁場，抵消了超導體內部的磁場。

通量量子化又稱約瑟夫森效應，指當兩層超導體之間的絕緣層薄至原子尺寸時，電子對可以穿過絕緣層產生隧道電流的現(xiàn)象，即在超導體（superconductor）—絕緣體（insulator）—超導體（superconductor）結構可以產生超導電流。

超導體有哪些物理特性

超導體具有以下物理特性：

1. 零電阻：超導體在低于特定溫度時（或者是特定壓力條件下），電阻趨近于零，電流能夠穩(wěn)定通過，不會消耗能量。

2. 零磁場：在超導狀態(tài)下，超導體會將磁場完全排斥，磁通量量子不變。這種特性被稱為邁斯納效應。

3. 霍爾效應的消失：超導體在超導狀態(tài)下失去了霍爾效應，即不再產生霍爾電壓。

4. 超流動：在超導狀態(tài)下，超導體中的電流能夠一直流過，直到超導狀態(tài)結束，而不會受到任何阻礙。

5. 共存區(qū)：當超導體的溫度或磁場超過特定的臨界值時，會跳出超導狀態(tài)。此時會出現(xiàn)共存區(qū)，即部分區(qū)域是超導體，部分區(qū)域是正常導體。

6. 超導電性能：超導體的電性能非常優(yōu)秀，其電流密度、磁場承受能力等指標都非常高。這些性能使得超導體被廣泛應用于醫(yī)學、能源、輸電等領域。

完全抗磁性

完全抗磁性是指磁場中的金屬處于超導狀態(tài)時，體內的磁感應強度為零的現(xiàn)象。這一現(xiàn)象是德國科學家邁斯納發(fā)現(xiàn)的，因此又稱為邁斯納效應。他在實驗中發(fā)現(xiàn)，放在磁場中的球形的錫在過渡到超導態(tài)的時候，錫球周圍的磁場都突然發(fā)生了變化，磁力線似乎一下子被排斥到導體之外。進一步研究發(fā)現(xiàn)，原來超導體表面能夠產生一個無損耗的抗磁超導電流，這一電流產生的磁場，恰巧抵消了超導體內部的磁場。

超導體完全抗磁性原理

1933年德國物理學家邁斯納和奧森菲爾德對錫單晶球超導體做磁場分布測量時發(fā)現(xiàn)，在小磁場中把金屬冷卻進入超導態(tài)時，體內的磁力線一下被排出，磁力線不能穿過它的體內，也就是說超導體處于超導態(tài)時，體內的磁場恒等于零。這種效應被稱為“邁斯納效應”

超導體一旦進入超導狀態(tài)，體內的磁通量將全部被排出體外，磁感應強度恒為零，且不論對導體是先降溫后加磁場，還是先加磁場后降溫，只要進入超導狀態(tài)，超導體就把全部磁通量排出體外。此外，超導體還是完全的抗磁體，外加磁場無法進入或（嚴格說是）大范圍地存在于超導體內部，這是超導體的另一個基本特性。

由于超導體的完全抗磁性，使小磁鐵的磁力線無法穿透超導體，磁場發(fā)生畸變，便產生了一個向上的浮力（白霧是由于液氮對空氣中的水蒸氣冷卻所致）。

后來人們還做過這樣一個實驗，在一個淺平的錫盤中，放入一個體積很小磁性很強的永久磁鐵，然后把溫度降低，使錫出現(xiàn)超導性。這時可以看到，小磁鐵竟然離開錫盤表面，飄然升起，與錫盤保持一定距離后，便懸空不動了。這是由于超導體“不允許”其內部有任何磁場，如果外界有一個磁場要通過超導體內部，那么超導體必然會產生一個與之相反的磁場，保證內部磁場強度為零。這就形成了一個斥力。當在一個超導體正下方放置一個磁體，并使磁感線垂直通過超導體的時候，超導體將獲得垂直的上浮力。當這個力的大小剛好等于超導體的重力的時候，超導體就可以懸浮在空中。

邁斯納效應指明了超導態(tài)是一個動態(tài)平衡狀態(tài)，與如何進入超導態(tài)的途徑無關，超導態(tài)的零電阻現(xiàn)象和邁斯納效應是超導態(tài)的兩個相互獨立，又相互聯(lián)系的基本屬性。單純的零電阻并不能保證邁斯納效應的存在，但零電阻效應又是邁斯納效應的必要條件。因此，衡量一種材料是否是超導體，必須看是否同時具備零電阻和邁斯納效應。

室溫超導新材料

人類最初發(fā)現(xiàn)超導體是在1911年，1911年荷蘭科學家海克·卡末林·昂內斯（Heike Kamerlingh Onnes）等人發(fā)現(xiàn)，汞在極低的溫度下，其電阻消失，呈超導狀態(tài)。

目前科學家都在尋找室溫超導新材料。

室溫超導指在室溫條件下出現(xiàn)的超導現(xiàn)象，當溫度降到一定水平時，一些特殊的物質會進入超導態(tài)，此時電阻消失，電子在其中自由地運動，這個溫度稱為超導轉變溫度。

目前科研界的超導材料，要么是在高溫下、要么是在高壓下，而常溫常壓的超導材料還沒有被證實；就目前而言，科學界暫時沒有看到常溫常壓超導體落地實際商業(yè)化的進展。

如果常溫超導真的可以實現(xiàn)，那么將極大的改變我們現(xiàn)狀，比如最淺顯的，起碼電力在傳輸過程中不會浪費絲毫，能夠極大的節(jié)約電力資源。而且常溫超導沒有電阻就不會產生焦耳熱，因此可以應用于大規(guī)模集成電路，建設超導計算機；能夠承載較大電流而不會有電流損耗，可制作高壓輸電線、超導電機等。