超导体的电磁性质

第二节　超导体的电磁性质

零电阻效应

超导态金属的电阻率极小，目前的实验表明，超导态金属的电阻率小于10^－28Ωm，它远远小于正常态金属的最小电阻率10^－15Ωm，因而完全可以认为超导态的电阻率为零，这表明超导态具有理想导电性。

利用超导体的理想导电性，就可根据电磁感应原理在超导线圈中建立起持久不衰的电流，称之为持续电流。用金属超导材料制成一圆环，在T＞T_c时放到外磁场中，并使环面与磁场垂直，然后降低温度到T＜T_c，使金属环变成超导态后，撤去外磁场，由电磁感应原理，就可在金属环中建立起持续电流。设环的电感为L，电阻为R，则环中电流衰减的时间常数τ为

τ＝L/R

环中的电流将按指数关系衰减，即

I＝I₀e－ε/τ

只要观察电流的衰减情况就可估计电阻率的上限。1963年范尔（J.File）和米尔斯（R.G.Mills）利用核磁共振（NMR）方法测量超导持续电流的磁场，估计出电流衰减的时间不小于10万年。

迈斯纳效应（完全抗磁性）

在超导体发现以后的20多年中，人们一直认为超导体只有理想导电性，它在磁场中的特性将完全由理想导电性决定，而理想导电性并不排斥磁场在超导体内的存在。

1933年，迈斯纳（M.P.Meissner）和奥克森菲尔德（R.Ochsenfeld）为了验证超导体的磁性是否真的完全由理想导电性决定，把锡和铅的样品放人不太强的外磁场中冷却到临界温度T。以下，使它变成超导态。

他们发现原来进入样品中的外磁场完全被排挤出来，这表明超导体内部的磁感应强度总是为零，即超导体内不允许有磁场存在，它表明超导体具有完全抗磁性，这一现象称为迈斯纳效应。

临界磁场H_c（T）和临界电流J_c

一类超导体的H－T曲线

当温度T＞T_c时，超导态将被破坏而转变为正常态。实验证明：在一定温度下的超导态也可被足够强的磁场所破坏，当H＞Hc时，超导态将转变为正常态，Hc称为超导体的临界磁场，它是温度的函数。超导体的临界磁场随温度的变化关系如上图所示。图中临界磁场曲线的右上方为正常态，左下方为超导态。

实验指出：铅（Pb）、汞（Hg）、锡（Sn）等超导体的Hc－T曲线一般都可以近似地表示为抛物线关系，

式中，H_c（0）为绝对零度时的临界磁场。实验还表明：如果在没有外磁场的情况下，只要在超导体中通过足够强的电流，超导态也会被破坏而变成正常态，称破坏超导电性的最小电流为临界电流，记为J₀（T），它也是温度的函数。

1916年锡斯比采用电流产生的磁场破坏了超导态来解释这一现象。他指出：当通过样品的电流在样品表面产生的磁场达到临界磁场Hc时，超导态就被破坏，这一电流就是样品的临界电流。