什么是超導體，原理是什么

什么是超導體：

硬超導體

超導體（英文名：superconductor），又稱為超導材料，指在某一溫度下，電阻為零的導體。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。 [1] 

超導體不僅具有零電阻的特性，另一個重要特征是完全抗磁性。

人類最初發現超導體是在1911年，這一年荷蘭科學家海克·卡末林·昂內斯（Heike Kamerlingh Onnes）等人發現，汞在極低的溫度下，其電阻消失，呈超導狀態。此后超導體的研究日趨深入，一方面，多種具有實用潛力的超導材料被發現，另一方面，對超導機理的研究也有一定進展。

目前，超導體已經進行了一系列試驗性應用，并且開展了一定的軍事、商業應用，在通信領域可以作為光子晶體的缺陷材料。

超導體具有三個基本特性：完全電導性、完全抗磁性、通量量子化。

完全導電性

完全導電性又稱零電阻效應，指溫度降低至某一溫度以下，電阻突然消失的現象。

完全導電性適用于直流電，超導體在處于交變電流或交變磁場的情況下，會出現交流損耗，且頻率越高，損耗越大。 [1]  交流損耗是超導體實際應用中需要解決的一個重要問題，在宏觀上，交流損耗由超導材料內部產生的感應電場與感生電流密度不同引起；在微觀上，交流損耗由量子化磁通線粘滯運動引起 。交流損耗是表征超導材料性能的一個重要參數，如果交流損耗能夠降低，則可以降低超導裝置的制冷費用，提高運行的穩定性。 [3] 

完全抗磁性

邁斯納效應(2張)

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象，“完全”指降低溫度達到超導態、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。

超導體電阻為零的特性為人們所熟知，但超導體并不等同于理想導體。從電磁理論出發，可以推導出如下結論：若先將理想導體冷卻至低溫，再置于磁場中，理想導體內部磁場為零；但若先將理想導體置于磁場中，再冷卻至低溫，理想導體內部磁場不為零。對于超導體而言，降低溫度達到超導態、施加磁場這兩種操作，無論其順序如何，超導體超導體內部磁場始終為零，這是完全抗磁性的核心，也是超導體區別于理想導體的關鍵。 [4] 

通量量子化

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。

約瑟夫森效應

約瑟夫森效應分為直流約瑟夫森效應和交流約瑟夫森效應。直流約瑟夫森效應指電子對可以通過絕緣層形成超導電流。交流約瑟夫森效應指當外加直流電壓達到一定程度時，除存在直流超導電流外，還存在交流電流，將超導體放在磁場中，磁場透入絕緣層，超導結的最大超導電流隨外磁場大小作有規律的變化。