金属的超导性，Heike Kamerling-Onnes 的发现

最先发现超导现象 海克·卡默林·昂内斯 ——荷兰物理学家和化学家。发现这一现象的年份是 1911 年。早在 1913 年，这位科学家就因其研究获得了诺贝尔物理学奖。

在对水银在超低温下的电阻进行研究时，他想确定一种物质在清除杂质后对电流的电阻会下降到什么水平，并尽可能地减少可能的杂质。叫。 »热噪声«，即降低这些物质的温度。结果出人意料且令人震惊。在低于 4.15 K 的温度下，水银的电阻突然完全消失了！

下面是 Onnes 观察到的图表。

在那些日子里，科学至少已经知道那么多了 金属中的电流是电子的流动，它们与原子分离，并且像带电气体一样被电场带走。当空气从高压区移动到低压区时，就像风一样。只是现在，在电流的情况下，存在自由电子而不是空气，并且电线两端之间的电位差类似于空气示例的压力差。

在电介质中，这是不可能的，因为电子紧紧地束缚在它们的原子上，很难将它们从它们的位置上撕下来。尽管在金属中形成电流的电子移动相对自由，但它们偶尔会以振动原子的形式与障碍物碰撞，并发生一种称为摩擦的摩擦 电阻.

但是当在超低温下它开始表现出来 超导，摩擦效应由于某种原因消失，导体的电阻降为零，这意味着电子完全自由地移动，畅通无阻。但这怎么可能呢？

为了找到这个问题的答案，物理学家们花费了数十年的时间进行研究。即使在今天，普通电线仍被称为“普通”电线，而 处于零电阻状态的导体被称为“超导体”.

需要注意的是，虽然普通导体的电阻随温度降低而降低，但铜即使在几开尔文的温度下也不会成为超导体，而汞、铅和铝会成为超导体，但它们的电阻至少有一百万亿在相同条件下比铜低几倍。

值得注意的是，Onnes 并没有毫无根据地声称水银的电阻在电流通过期间恰好变为零，也没有简单地下降到无法用当时的仪器测量。

他设计了一个实验，让浸入液氦中的超导线圈中的电流持续循环，直到精灵蒸发。跟随线圈磁场的罗盘针，丝毫没有偏离！ 1950年，这种更精确的实验将持续一年半，尽管经过了这么长的时间，电流也不会以任何方式减少。

最初，众所周知金属的电阻在很大程度上取决于温度，您可以为铜建立这样的图表。

The more the temperature, the more the atoms vibrate. 原子振动越多，它们在形成电流的电子路径中成为越重要的障碍。如果金属的温度降低，那么它的电阻就会降低并接近某个残余电阻R0。事实证明，这种残余阻力取决于样品的成分和“完美”。

事实上，在任何金属样品中都会发现缺陷和杂质。 1911 年，这种依赖性首先引起了 Ones 的兴趣，最初他并没有追求超导性，而只是想尽可能地实现导体的这种频率，以尽量减少其残余电阻。

那些年，水银更容易提纯，所以研究人员偶然发现，尽管铂金、金和铜在常温下是比水银更好的导体，但提纯起来却更难。

随着温度的降低，当温度达到某一临界水平时，会在某一时刻突然出现超导态。这个温度称为临界温度，当温度下降得更低时，电阻急剧下降到零。

样品越纯净，下降越剧烈，在最纯净的样品中，这种下降发生在不到百分之一度的间隔内，但越是污染的样品，下降的时间就越长，达到几十度，这尤其明显的 高温超导体.

样品的临界温度是在急剧下降间隔的中间测量的，并且对于每种物质都是独立的：汞为 4.15K，铌为 9.2K，铝为 1.18K 等。合金是另一回事，它们的超导性后来被 Onnes 发现：含金的汞和含锡的汞是他发现的第一种超导合金。

如上所述，科学家使用液氦进行冷却。顺便说一下，Onnes 根据他自己的方法获得了液态氦，这是在他自己的特殊实验室中开发的，该实验室在发现超导现象之前三年成立。

要了解一些关于超导物理学的知识，超导发生在样品的临界温度，电阻降至零，应该提到 相变…正常状态，当金属具有正常电阻时，是正常阶段。 超导相 ——这是金属零电阻时的状态。这种相变在临界温度之后立即发生。

为什么会发生相变？在最初的“正常”状态下，电子在它们的原子中是舒适的，当电流在这种状态下流过电线时，源的能量被消耗以迫使一些电子离开它们的原子并开始沿着电场移动，即使在他们的道路上遇到闪烁的障碍。

当导线冷却到低于临界温度的温度同时建立电流通过它时，电子（能量有利，能量便宜）在这个电流中变得更加方便，并回到原来的状态“正常”状态，在这种情况下，有必要从某处获取额外的能量，但它并非来自任何地方。因此，超导状态非常稳定，除非重新加热，否则物质无法离开它。

也可以看看：迈斯纳效应及其用途