Эффект Мейснера и теория Лондонов

Сверхпроводник выталкивает магнитный поток из своей внутренней области (эффект Мейснера), а уравнения Лондонов описывают, как поверхностный экранирующий ток ограничивает любое остаточное поле тонким слоем проникновения.

Definition

Эффект Мейснера — это активное выталкивание магнитного потока из внутренней области сверхпроводника, охлажденного ниже его критической температуры; теория Лондонов объясняет это, постулируя уравнения для сверхтока, которые ограничивают любое магнитное поле поверхностным слоем толщиной, равной лондоновской глубине проникновения.

Scope

Эта тема охватывает определяющее магнитное свойство сверхпроводимости: эффект Мейснера-Оксенфельда полного выталкивания магнитного потока, который отличает сверхпроводник от простого идеального проводника, а также феноменологическую теорию Лондонов, два уравнения которой дают лондоновскую глубину проникновения и идеальный диамагнетизм. Она рассматривает квантование магнитного потока и макроскопическую когерентность, подразумеваемую жесткостью сверхпроводящей волновой функции, обеспечивая электромагнитную основу для теорий Гинзбурга-Ландау и БКШ.

Core questions

• Почему эффект Мейснера, а не только нулевое сопротивление, является отличительной чертой сверхпроводимости?
• Как уравнения Лондонов приводят к идеальному диамагнетизму и конечной глубине проникновения?
• Что глубина проникновения говорит нам о сверхпроводящем состоянии?
• Как квантование магнитного потока выявляет макроскопическую квантовую когерентность сверхпроводника?

Key concepts

• Эффект Мейснера-Оксенфельда
• Уравнения Лондонов
• Лондоновская глубина проникновения
• Идеальный диамагнетизм
• Квантование магнитного потока

Key theories

Теория сверхпроводимости Лондонов

Братья Лондоны предложили феноменологические уравнения, связывающие сверхток с магнитным полем, которые в сочетании с уравнениями Максвелла заставляют поле экспоненциально затухать внутри сверхпроводника, объясняя эффект Мейснера и определяя глубину проникновения.

Clinical relevance

Выталкивание магнитного потока и глубина проникновения лежат в основе магнитной левитации, сверхпроводящего магнитного экранирования и поведения по экранированию поля, используемого в сверхпроводящих магнитах и микроволновых резонаторах; эффект Мейснера также является экспериментальным признаком, используемым для подтверждения сверхпроводимости в новых материалах.

History

Мейснер и Оксенфельд открыли активное выталкивание магнитного потока в 1933 году, показав, что сверхпроводимость является отдельным термодинамическим состоянием; Фриц и Хайнц Лондоны предложили феноменологическую электромагнитную теорию в 1935 году, которая описывала эффект Мейснера и ввела глубину проникновения.

Key figures

• Walther Meissner
• Fritz London
• Heinz London

Seminal works

• london1935
• tinkham2004

Frequently asked questions

Чем сверхпроводник отличается от идеального проводника в магнитном поле?

Идеальный проводник просто сохраняет тот магнитный поток, который у него был, когда он стал идеально проводящим, но сверхпроводник, охлажденный в поле, активно выталкивает поток; это выталкивание Мейснера является термодинамическим свойством, которое идеальный проводник не проявил бы.

Что такое лондоновская глубина проникновения?

Это небольшое расстояние, обычно десятки нанометров, на котором приложенное магнитное поле и экранирующий сверхток затухают в поверхности сверхпроводника; за его пределами внутренняя область по существу свободна от поля.