金屬的超導性，Heike Kamerling-Onnes 的發現

最先發現超導現象 海克·卡默林·昂內斯 ——荷蘭物理學家和化學家。發現這一現象的年份是 1911 年。早在 1913 年，這位科學家就因其研究獲得了諾貝爾物理學獎。

在對水銀在超低溫下的電阻進行研究時，他想確定一種物質在清除雜質後對電流的電阻會下降到什麼水平，並儘可能地減少可能的雜質。叫。 »熱噪聲«，即降低這些物質的溫度。結果出人意料且令人震驚。在低於 4.15 K 的溫度下，水銀的電阻突然完全消失了！

下面是 Onnes 觀察到的圖表。

在那些日子裡，科學至少已經知道那麼多了 金屬中的電流是電子的流動，它們與原子分離，並且像帶電氣體一樣被電場帶走。當空氣從高壓區移動到低壓區時，就像風一樣。只是現在，在電流的情況下，存在自由電子而不是空氣，並且電線兩端之間的電位差類似於空氣示例的壓力差。

在電介質中，這是不可能的，因為電子緊緊地束縛在它們的原子上，很難將它們從它們的位置上撕下來。儘管在金屬中形成電流的電子移動相對自由，但它們偶爾會以振動原子的形式與障礙物碰撞，並發生一種稱為摩擦的摩擦 電阻.

但是當在超低溫下它開始表現出來 超導，摩擦效應由於某種原因消失，導體的電阻降為零，這意味著電子完全自由地移動，暢通無阻。但這怎麼可能呢？

為了找到這個問題的答案，物理學家們花費了數十年的時間進行研究。即使在今天，普通電線仍被稱為“普通”電線，而 處於零電阻狀態的導體被稱為“超導體”.

需要注意的是，雖然普通導體的電阻隨溫度降低而降低，但銅即使在幾開爾文的溫度下也不會成為超導體，而汞、鉛和鋁會成為超導體，但它們的電阻至少有一百萬億在相同條件下比銅低幾倍。

值得注意的是，Onnes 並沒有毫無根據地聲稱水銀的電阻在電流通過期間恰好變為零，也沒有簡單地下降到無法用當時的儀器測量。

他設計了一個實驗，讓浸入液氦中的超導線圈中的電流持續循環，直到精靈蒸發。順著線圈磁場的羅盤針，絲毫沒有偏離！ 1950年，這種更精確的實驗將持續一年半，儘管經過了這麼長的時間，電流也不會以任何方式減少。

最初，眾所周知金屬的電阻在很大程度上取決於溫度，您可以為銅建立這樣的圖表。

The more the temperature, the more the atoms vibrate. 原子振動越多，它們在形成電流的電子路徑中成為越重要的障礙。如果金屬的溫度降低，那麼它的電阻就會降低並接近某個殘餘電阻R0。事實證明，這種殘餘阻力取決於樣品的成分和“完美”。

事實上，在任何金屬樣品中都會發現缺陷和雜質。 1911 年，這種依賴性首先引起了 Ones 的興趣，最初他並沒有追求超導性，而只是想盡可能地實現導體的這種頻率，以盡量減少其殘餘電阻。

那些年，水銀更容易提純，所以研究人員偶然發現，儘管鉑金、金和銅在常溫下是比水銀更好的導體，但提純起來卻更難。

隨著溫度的降低，當溫度達到某一臨界水平時，會在某一時刻突然出現超導態。這個溫度稱為臨界溫度，當溫度下降得更低時，電阻急劇下降到零。

樣品越純淨，下降越劇烈，在最純淨的樣品中，這種下降發生在不到百分之一度的間隔內，但越是污染的樣品，下降的時間就越長，達到幾十度，這尤其明顯的 高溫超導體.

樣品的臨界溫度是在急劇下降間隔的中間測量的，並且對於每種物質都是獨立的：汞為 4.15K，鈮為 9.2K，鋁為 1.18K 等。合金是另一回事，它們的超導性後來被 Onnes 發現：含金的汞和含錫的汞是他發現的第一種超導合金。

如上所述，科學家使用液氦進行冷卻。順便說一下，Onnes 根據他自己的方法獲得了液態氦，這是在他自己的特殊實驗室中開發的，該實驗室在發現超導現象之前三年成立。

要了解一些關於超導物理學的知識，超導發生在樣品的臨界溫度，電阻降至零，應該提到 相變…正常狀態，當金屬具有正常電阻時，是正常階段。 超導相 ——這是金屬零電阻時的狀態。這種相變在臨界溫度之後立即發生。

為什麼會發生相變？在最初的“正常”狀態下，電子在它們的原子中是舒適的，當電流在這種狀態下流過電線時，源的能量被消耗以迫使一些電子離開它們的原子並開始沿著電場移動，即使在他們的道路上遇到閃爍的障礙。

當導線冷卻到低於臨界溫度的溫度同時建立電流通過它時，電子（能量有利，能量便宜）在這個電流中變得更加方便，並回到原來的狀態“正常”狀態，在這種情況下，有必要從某處獲取額外的能量，但它並非來自任何地方。因此，超導狀態非常穩定，除非重新加熱，否則物質無法離開它。

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