Meissner-Effekt und London-Theorie

Ein Supraleiter stößt magnetischen Fluss aus seinem Inneren aus (Meissner-Effekt), und die London-Gleichungen beschreiben, wie ein Oberflächen-Abschirmstrom jedes Restfeld auf eine dünne Eindringschicht begrenzt.

Definition

Der Meissner-Effekt ist die aktive Verdrängung des magnetischen Flusses aus dem Inneren eines Supraleiters, der unter seine kritische Temperatur abgekühlt wird; die London-Theorie erklärt dies, indem sie Gleichungen für den Suprastrom postuliert, die jedes Magnetfeld auf eine Oberflächenschicht beschränken, deren Dicke der London-Eindringtiefe entspricht.

Scope

Dieses Thema behandelt die definierende magnetische Eigenschaft der Supraleitung: den Meissner-Ochsenfeld-Effekt der vollständigen Flussverdrängung, der einen Supraleiter von einem bloßen perfekten Leiter unterscheidet, und die phänomenologische London-Theorie, deren zwei Gleichungen die London-Eindringtiefe und den perfekten Diamagnetismus ergeben. Es behandelt die Flussquantisierung und die makroskopische Kohärenz, die durch die Steifigkeit der supraleitenden Wellenfunktion impliziert wird, und liefert die elektromagnetische Grundlage für die Ginzburg-Landau- und BCS-Theorien.

Core questions

• Warum ist der Meissner-Effekt und nicht allein der Nullwiderstand das Kennzeichen der Supraleitung?
• Wie erzeugen die London-Gleichungen perfekten Diamagnetismus und eine endliche Eindringtiefe?
• Was sagt uns die Eindringtiefe über den supraleitenden Zustand?
• Wie offenbart die Flussquantisierung die makroskopische Quantenkohärenz eines Supraleiters?

Key concepts

• Meissner-Ochsenfeld-Effekt
• London-Gleichungen
• London-Eindringtiefe
• Perfekter Diamagnetismus
• Flussquantisierung

Key theories

London-Theorie der Supraleitung

Die London-Brüder schlugen phänomenologische Gleichungen vor, die den Suprastrom mit dem Magnetfeld in Beziehung setzen, welche, kombiniert mit den Maxwell-Gleichungen, das Feld zwingen, exponentiell in den Supraleiter abzufallen, wodurch der Meissner-Effekt erklärt und die Eindringtiefe definiert wird.

Clinical relevance

Flussverdrängung und Eindringtiefe sind die Grundlage für magnetische Levitation, supraleitende magnetische Abschirmung und das Feldabschirmungsverhalten, das in supraleitenden Magneten und Mikrowellenresonatoren genutzt wird; der Meissner-Effekt ist auch das experimentelle Merkmal, das zur Bestätigung der Supraleitung in neuen Materialien verwendet wird.

History

Meissner und Ochsenfeld entdeckten 1933 die aktive Verdrängung des magnetischen Flusses und zeigten, dass Supraleitung ein eigenständiger thermodynamischer Zustand ist; Fritz und Heinz London lieferten 1935 die phänomenologische elektromagnetische Theorie, die den Meissner-Effekt erfasste und die Eindringtiefe einführte.

Key figures

• Walther Meissner
• Fritz London
• Heinz London

Seminal works

• london1935
• tinkham2004

Frequently asked questions

Wie unterscheidet sich ein Supraleiter von einem perfekten Leiter in einem Magnetfeld?

Ein perfekter Leiter behält lediglich den Fluss bei, den er hatte, als er perfekt leitend wurde, aber ein Supraleiter, der in einem Feld gekühlt wird, drängt den Fluss aktiv heraus; diese Meissner-Verdrängung ist eine thermodynamische Eigenschaft, die ein perfekter Leiter nicht zeigen würde.

Was ist die London-Eindringtiefe?

Es ist die kurze Distanz, typischerweise einige zehn Nanometer, über die ein angelegtes Magnetfeld und der abschirmende Suprastrom in die Oberfläche eines Supraleiters abfallen; jenseits davon ist das Innere im Wesentlichen feldfrei.