マイスナー効果とロンドン理論

超伝導体は、その内部から磁束を排除するマイスナー効果を示し、ロンドン方程式は、表面遮蔽電流がいかにして残留磁場を薄い侵入層に閉じ込めるかを記述する。

Definition

マイスナー効果とは、超伝導体が臨界温度以下に冷却されたときに、その内部から磁束を能動的に排除する現象である。ロンドン理論は、超伝導電流に関する方程式を仮定することでこれを説明し、磁場をロンドン侵入長に等しい厚さの表面層に閉じ込める。

Scope

このトピックでは、超伝導の決定的な磁気的特性について扱う。すなわち、超伝導体を単なる完全導体と区別する完全な磁束排除であるマイスナー・オクセンフェルト効果、およびロンドン侵入長と完全反磁性をもたらす現象論的なロンドン理論の2つの方程式である。また、磁束の量子化と、超伝導波動関数の剛性によって示される巨視的なコヒーレンスを扱い、ギンツブルグ-ランダウ理論およびBCS理論の電磁気学的基礎を提供する。

Core questions

• なぜ、ゼロ抵抗だけではなく、マイスナー効果が超伝導の特長とされるのか？
• ロンドン方程式はどのようにして完全反磁性と有限の侵入長を生み出すのか？
• 侵入長は超伝導状態について何を教えてくれるのか？
• 磁束の量子化は超伝導体の巨視的量子コヒーレンスをどのように明らかにするのか？

Key concepts

• マイスナー・オクセンフェルト効果
• ロンドン方程式
• ロンドン侵入長
• 完全反磁性
• 磁束の量子化

Key theories

超伝導のロンドン理論

ロンドン兄弟は、超伝導電流と磁場を関連付ける現象論的な方程式を提案した。これは、マクスウェル方程式と組み合わせることで、磁場が超伝導体内部に指数関数的に減衰することを強制し、マイスナー効果を説明し、侵入長を定義する。

Clinical relevance

磁束排除と侵入長は、磁気浮上、超伝導磁気遮蔽、超伝導磁石やマイクロ波共振器で利用される磁場遮蔽挙動の基礎となる。マイスナー効果は、新しい材料における超伝導を確認するために用いられる実験的特徴でもある。

History

マイスナーとオクセンフェルトは1933年に磁束の能動的排除を発見し、超伝導が明確な熱力学的状態であることを示した。フリッツとハインツ・ロンドンは1935年に現象論的な電磁気理論を提供し、マイスナー効果を捉え、侵入長を導入した。

Key figures

• Walther Meissner
• Fritz London
• Heinz London

Seminal works

• london1935
• tinkham2004

Frequently asked questions

磁場中において、超伝導体は完全導体とどのように異なるのか？

完全導体は、完全導体になった時点での磁束を保持するだけだが、磁場中で冷却された超伝導体は磁束を能動的に排除する。このマイスナー排除は、完全導体には見られない熱力学的特性である。

ロンドン侵入長とは何か？

これは、印加された磁場と遮蔽超伝導電流が超伝導体の表面に減衰する短い距離であり、通常は数十ナノメートルである。この距離を超えると、内部は実質的に磁場がない状態となる。