迈斯纳效应是描述在一定条件下超导体能够完全排斥其内部磁场的现象。这一效应由德国物理学家瓦尔特·迈斯纳(Walther Meissner)和罗伯特·奥克森菲尔德(Robert Ochsenfeld)在1933年发现,标志着超导体研究领域的重大进展。迈斯纳效应不仅揭示了超导体与常规导体在磁性质上的根本区别,也促进了对超导现象本质的深入理解。
迈斯纳效应的发现
迈斯纳效应的发现是在实验中偶然观察到的。迈斯纳和奥克森菲尔德发现,当一个超导体冷却到其超导临界温度以下时,它会从其内部排斥外部施加的磁场。这种排斥磁场的行为表明,超导体内的总磁场几乎为零,这与普通的导体在磁场中的行为完全不同。在普通导体中,磁场会穿透物质,而在超导体中,磁场被完全排斥出超导体外。
迈斯纳效应的原理
迈斯纳效应的物理原理是基于超导体内部的电子行为。在超导状态下,超导体内部的电子形成了一种称为库珀对(Cooper pairs)的配对状态,这些电子对通过一种称为声子的量子振动模式相互作用,从而能够在没有任何电阻的情况下移动。当外部磁场尝试穿透超导体时,库珀对形成的持久电流在超导体表面产生,产生的磁场与外部磁场方向相反,从而在超导体内部抵消了外部磁场。
1935年,弗里茨·伦敦(Fritz London)和海因茨·伦敦(Heinz London)提出了迈斯纳效应的第一个理论模型,即伦敦方程。伦敦方程从微观层面描述了超导体排斥磁场的行为,指出超导体中的持久电流如何形成并导致磁场被排斥。伦敦方程的提出不仅解释了迈斯纳效应,也为后来的超导理论研究奠定了基础。