超导体发现过程中有哪些艰难的经历?
超导的发现不是偶然的,它是人类长期艰苦探索的结果。
1891年,路易·加勒泰在法国和瑞士的拉乌尔·皮克泰成功液化了微量的“永久气体”——氮气、空气和氢气。俄罗斯乌罗博列夫斯基请格拉斯科进行实验,成功获得了一定量的液态空气。他发现纯金属的电阻率与温度的关系有些奇怪:似乎在绝对温度零度附近,它的电阻会完全消失。这种奇妙的可能性导致了许多理论,这些理论可以预测从零电阻到无穷大电阻的低温性能。
次年,詹姆斯·杜瓦发明了一种真空隔热镀银玻璃容器,以他的名字命名。利用这个容器,他获得了可用于实验的液态氢的量,并进一步降低了温度。在这个温度下,他发现金属的电阻没有消失,但是电阻不随温度变化。
终于,在威廉·拉姆齐在地球上发现氦之后不到20年,也就是1908年,卡梅琳·安妮丝再次成功将其液化。液氦将实验室实验的温度降低了一个数量级。三年后,Kamelin Annis和他的学生holst发现,当水银在液氦中冷却时,样品的电阻会在临界温度突然消失。以后感应产生的持续电流依然没有明显的衰减。
继Anis之后,1933年,柏林梅斯纳超导实验室又有了一个重要发现,即所谓的梅斯纳效应。Messner和他的同事Osenfeld在他们的实验中发现超导体具有惊人的磁性。如果超导体遇到磁场,会在超导体表面形成屏蔽电流来抵抗外部磁场,使磁场无法穿透超导体内部,但内部仍保持零磁场。反向测试也是一样的结果,就是先把一种材料放在磁场中,然后冷却到超导状态,同样产生屏蔽电流,排斥磁场。这种现象因此被称为梅斯纳效应,即超导体内部的磁感应强度为零,电流在表面流动。这种效应可以通过一个实验来证明:一块永久磁铁可以悬浮浸在液氮中的超导体。
梅斯纳效应只会在磁场较小时出现。如果磁场过大,磁场会渗透到金属中,金属就会失去超导性。