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超导体 (superconductors)

具有在某一特定温度以下呈现零电阻和抗磁性的物体。这一特定温度称之为该超导体的临界温度。根据超导体在磁场中磁化行为的不同，一般将超导体分为两类。具有完全抗磁性的超导体为第一类超导体，它们在大于临界磁场日。时就进入了正常态。具有两个临界场Hc1和Hc2，并且可以经历超导态、混合态和正常态这三种状态的超导体，叫第二类超导体。

1911年，荷兰科学家昂纳斯(Onnes)首次发现超导电现象：当温度降到4．2K时，导体汞的电阻突降至零。1933年，德国人迈斯纳(Meissner)和奥克森菲尔德(Ochsenfeld)发现超导体的“完全抗磁效应”，即磁场不能进入超导体内，这一效应后来被称之为“迈斯纳效应”。从此，人们认识到，同时具有两个基本特性——零电阻和完全抗磁性是判断物体是否为超导态的基本判据。

1924年，开色姆(Keesom)首先将热力学应用于描述超导转变，建立起一系列的超导相变热力学公式。1933～1936年，哥特((Gorter)，卡西米尔(Casimir)和拉特杰尔(Rutgers)发展了解释超导现象的热力学理论，指出超导相变是可逆的，超导相变热力学处理完全和其他相变一样，确认开色姆早期的热力学处理是完全正确的。很好地描述了相关的实验事实，如对超导态和正常态的自由能、熵和热容的变化，特别是关于超导态具有凝聚能以及与正常态相比是更为有序的状态的结论，对随后了解超导电性的机制有重要的启示。

1934年，哥特和卡西米尔提出二流体模型，即超导体中的电子由两部分组成，一部分为正常电子，一部分为超导电子。次年，伦敦兄弟(F．London和H．London)在此基础上，提出描述超导电子运动规律的方程——伦敦方程，较好地解释了零电阻现象和完全抗磁性，并预言了磁场在超导体表面的穿透现象，奠定了超导电动力学基础。

为了解释伦敦理论与一些实验结果之间的矛盾，1950年，苏联金兹堡(Ginzburg)和朗道(Landau)在朗道二级相变理论的基础上，提出了金兹堡一朗道方程即G—L方程，成功地计算出磁场的穿透深度、界面能和小样品的临界磁场等问题、并预示出超导体具有的一些宏观量子现象，成为影响深远的超导唯象理论。

1957年，巴丁(Bardeen)、库珀(Cooper)和施里弗(Schrieffer)合作，建立超导微观理论(简称BCS理论)，给出了传统超导电现象的机制，认为超导电流的载流子，是由电子一声子相互作用而产生的互相吸引的“库珀电子对”。Bcs理论可以导出与伦敦方程以及金兹堡一朗道方程相类似的方程，从而可以解释超导电性的各种现象。

在金兹堡一朗道理论的基础上，另一位前苏联物理学家阿布里科索夫(A．A．AdpnKocoB)于1957年提出了第二类超导体的理论。由于第一类超导体的Hc很低，不可能制成有实用价值的磁体。只有第二类超导体，它们具有很高的Hc2，特别是非理想第二类超导体(具有杂质或缺陷的第二类超导体)，由于缺陷的磁通钉扎作用，使其能无阻负载很大的电流。1961年，使用非理想第二类超导体铌三锡(Nb3Sn)，人们首次制成了第一个强磁场超导磁体，拉开了超导强电应用的序幕。

1960年，美国物理学家贾埃弗(Giaever)在超导体一绝缘体(薄层)一正常导体隧道结(SIN)和超导体一绝缘体(薄层)一超导体隧道结(SIS)中发现“单电子隧道效应”。在此基础上，约瑟夫逊(Josephson)于1962年从理论上预言SIS隧道结中存在奇异的交流和直流效应。他的理论很快得到实验证实，并被称之为“约瑟夫逊效应。”此后，出现了利用隧道结特性制成的超导量子干涉器件(SQUID)，开始了广泛的超导弱电应用研究。一门新的学科——超导电子学由此诞生了。

迄至80年代中，人们已发现在常压下有28种元素、干种合金和化合物具有超导电性，此外还有非晶态超导体，特别是1986年以来，高临界温度氧化物超导体的发现，使超导体获得历史的突破性进展。

在非理想的第二类超导体中，磁通线进入超导体里，并在其中非超导部位(位错、第二相等)产生钉扎现象。这种磁通线能否处于最佳钉扎状态对超导体的载流能力关系极大。