超导体是指在特定条件下电阻为零的导体。具体来说,当某些材料被冷却到临界温度以下时,它们的电阻突然下降到零,电流可以在没有能量损失的情况下流动,从而产生强大的磁场。超导体具有以下三个基本特性:
完全电导性:
在低于临界温度时,超导体电阻消失,电流可以无损耗地流动。
完全抗磁性:
超导体在超导状态下可以完全排斥外部磁场,这是由迈斯纳效应所描述的,即超导体内的磁感应强度为零,能够将外部磁场完全排斥。
通量量子化:
超导体中的磁场分布是量子化的,意味着磁场只能以特定的量子化值存在。
超导体在科学研究和工业应用中具有重要意义,其应用可以分为三类:
强电应用:涉及大电流的应用,如超导发电、输电和储能系统。
弱电应用:涉及电子学应用,如超导计算机、天线、微波器件等。
抗磁性应用:利用超导体完全抗磁性的特性,例如在磁悬浮列车和医疗成像技术中。
超导体的研究始于1911年,当时荷兰科学家海克·卡末林·昂内斯发现汞在极低的温度下电阻消失,呈超导状态。自那时以来,科学家们已经发现了多种具有实用潜力的超导材料,并对超导机理进行了深入研究。高温超导体的研究使得超导技术有望走向大规模应用,尽管它们目前还需要用液态氮来冷却