第21章 超导现象的发现

自从荷兰物理学家昂尼斯于1911年首次发现超导特性，揭开超导研究的序幕，并预示其具有重要的科学价值和实用价值之后，无数科学家为此付出了毕生精力。继昂尼斯之后，德国麦斯纳等人于1933年发现超导体具有令人惊奇的磁特性，称之为麦斯纳效应。第二次世界大战前后，对超导的研究暂时处于“休眠”状态。直到1957年美国依利诺伊大学的巴丁·库柏和施里弗用量子力学来描述超导体系统状态，才较好地解释了超导现象，人们称之为BCS理论。同年前苏联物理学家阿伯里柯索夫预言，一定存在着具有更好性能的新超导体材料，这些材料即使在很高的磁场中也能实现超导化，磁通线可以穿透材料，但磁通线之间的区域将没有电阻。这一被称之为第1类的超导体材料，为开发商品化的超导磁体提供了理论依据。两年之后，在美国贝尔实验室发现了属第Ⅱ类超导体的一组超导化合物和合金Nb3Sn，它们可以携带高达100A/cm2的极高电流，且在强磁场中仍具超导性，从而使人们对超导磁体和超导强电部件的应用发生浓厚兴趣。1962年，当时是剑桥大学研究生的约瑟夫逊分析了由极薄绝缘层隔开的两个超导体断面处发生的现象，预言超导电流可以穿过绝缘层，并且只要超导电流不超过某一临界值，则电流穿过绝缘层时将不产生电压。并预言，如果有电压的话，则通过绝缘层的电压将产生高频交流电。这一预言于1963年被实验证实的所谓约瑟夫逊效应，已成为超导体的电子学应用的理论基础。迄今为止，物理学家在超导的理论探索方面，已提出了众多模型，但这些模型能否描述和解释超导材料的内在规律，尚待在实验中不断加以检验。