某些材料在冷却到某个温度(也称为“临界温度”)以下时会完全失去电阻。 1910 年,一位名叫 Heike Kamerlingh Onnes 的荷兰物理学家发现了这一现象。他注意到低于一定温度时电阻突然下降,然后他大胆地声称发现了一种新的物质状态,后来被命名为“超导”。
量子悬浮的实现也都是归功于超导材料。
研究表明,超导是一种较低能量(因此更稳定)的电子态,具有有趣的磁性,例如完美的抗磁性,即完全排除外部磁场的能力。这一性质由瓦尔特·迈斯纳和罗伯特·奥克森菲尔德共同发现,后来被称为迈斯纳效应。
迈斯纳效应 (Meissner effect)是指当某些材料冷却到足够低的温度 (低于其临界温度) 时,会转变为超导状态。超导体具有完全抗磁性,会排斥外部磁场,使得磁力线无法穿透超导体内部。 当一块超导体置于磁场中时,超导体会产生反向磁场,与外部磁场相互排斥,从而产生悬浮力。
量子锁定 (Quantum Locking)是指当超导体冷却到足够低的温度时,磁通线会被“锁定”在超导体内部的特定位置。 这些被锁定的磁通线会形成稳定的磁通钉扎,即使改变超导体的位置或方向,磁通线也会保持锁定状态。 这种量子锁定现象使得超导体能够在磁场中保持稳定的悬浮状态,甚至可以倒置悬浮。
当磁体被放置在超导材料附近时,超导体就会同时做两件事,迈斯纳效应量子锁定。
超导悬浮需要满足两个条件才能发生。首先,材料本身必须冷却到远低于室温的温度(约 -163 ° C / -261°F)。这是因为我们今天所知的所有超导体仅在低温下才具有超导性。
通常使用高温超导材料,例如钇钡铜氧 (YBCO),因为它可以在液氮温度下实现超导。将超导材料冷却到超导状态,并放置在永磁体产生的磁场上方。 由于迈斯纳效应和量子锁定,超导体会悬浮在磁场中,并保持稳定的位置和方向。
一个参考链接
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