“超导研究的历史虽然只有108年，但是通过超导研究直接获得诺贝尔奖的科学家一共有10位。”
撰文 | 罗会仟罗会仟
中国科学院物理研究所副研究员
我今天要讲的超导与市场上的超导空调、冰箱、浴霸无关，与军事上说的超级导弹也没有关系。
神奇的悬浮小矿石
今天讲的超导跟上图神奇的小矿石有关。电影《阿凡达》中给我印象最深的是潘多拉星球上的山。这些山不是长在地上的，而是长在天上的，是一个很神奇的世界。
电影《阿凡达》剧照
这个山非常大，图片中的直升机就是一个小黑点。山为什么能够悬浮在天上？因为山里面有一种神奇的矿石，室温超导矿石。
什么是超导
通过超导获诺贝尔奖的科学家们
超导的研究就像科幻电影一样，特别“高大上”。超导研究的历史虽然只有108年，但是通过超导研究直接获得诺贝尔奖的科学家一共有10位。
超导研究是物理里很小的分支领域，但是有这么多的科学家直接因为超导研究获得诺贝尔奖，可见非常重要。
电子在材料里“跑”
为什么要研究超导呢？这是现在凝聚态物理所研究的一个基本的问题。我们知道，一个材料是由原子组成的，电子在材料里“跑”，必然会受到一定的阻碍，这种阻碍叫电阻。
各种各样的导体
生活中有各种各样的电器，每种电器都有电阻。根据电阻大小可以分出绝缘体、半导体、导体。
物理学家有一个很简单的方法对其进行区分，就是看这个电阻随温度怎样变化。
如果电阻随温度下降而下降，这种物质就叫作导体；如果电阻随温度下降而上升，这种物质就叫作绝缘体。
温度下降到很低的情况下，电阻会有什么变化？早期，物理学家并不能解决这个问题。没有办法做实验，就只能猜想。
著名物理学家开尔文说：材料在很低的温度下，电子会冻住，直接的结果是电阻会上升；但是物理学家马西森预言：随着温度下降，电阻也会减小。
材料里面有杂质，必然产生一部分剩余电阻，这部分电阻不受温度影响。所以到了绝对零度，电阻依然存在。
物理学家杜瓦猜测，如果找到一个没有任何杂质和缺陷的导体，可能就会存在一种理想的材料，到了绝对零度的时候，它的电阻为零。
后来，荷兰物理学家昂尼斯的实验证实，以上三个推测都不对。其实有一种材料，它的电阻随着温度下降而下降，到某一个温度，电阻突然变成了0。
超导材料金属汞
科学家找到的第一个超导材料就是水银温度计里的水银，即金属汞，为什么找这个材料呢？
因为金属汞在常温下是液态的，它就是一个几乎没有杂质和缺陷的完美金属。测量这个材料电阻的时候，发现温度在4.2K以上还有0.1Ω的电阻，一旦低于4.2K，电阻就小于10-5Ω，测不到了，电阻是0，昂尼斯把这个现象称之为超导。
我们今天要找的超导其实是把这两个字拆开来看，“超级”“导电”。超导体的导电性能特别好，以至于电阻是零，这个研究发现获得了1913年的诺贝尔物理学奖。
超导还有一个很神奇的性质，它还有磁的效应。我们经常说电生磁，磁生电，电和磁不分家。
1933年，德国科学家迈斯纳发现了超导的磁效应，简单来说，超导具有完全的抗磁性。
发表于 2019-7-31 01:55
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