迈斯纳效应与伦敦理论

超导体将其内部的磁通量排出，即迈斯纳效应，而伦敦方程描述了表面屏蔽电流如何将任何残余磁场限制在一个薄的穿透层中。

Definition

迈斯纳效应是指超导体冷却到临界温度以下时，主动将其内部的磁通量排出；伦敦理论通过假设超电流方程来解释这一现象，这些方程将任何磁场限制在厚度等于伦敦穿透深度的表面层中。

Scope

本主题涵盖了超导电性的决定性磁学特性：完全磁通量排斥的迈斯纳-奥森菲尔德效应，它将超导体与单纯的完美导体区分开来；以及现象学伦敦理论，其两个方程产生了伦敦穿透深度和完美抗磁性。它处理了磁通量量子化和超导波函数刚性所隐含的宏观相干性，为金兹堡-朗道理论和BCS理论提供了电磁学基础。

Core questions

• 为什么迈斯纳效应，而非仅仅零电阻，是超导电性的标志？
• 伦敦方程如何产生完美抗磁性和有限的穿透深度？
• 穿透深度告诉我们关于超导态的什么信息？
• 磁通量量子化如何揭示超导体的宏观量子相干性？

Key concepts

• 迈斯纳-奥森菲尔德效应
• 伦敦方程
• 伦敦穿透深度
• 完美抗磁性
• 磁通量量子化

Key theories

超导电性的伦敦理论

伦敦兄弟提出了将超电流与磁场联系起来的现象学方程，这些方程与麦克斯韦方程结合，迫使磁场以指数形式衰减进入超导体，从而解释了迈斯纳效应并定义了穿透深度。

Clinical relevance

磁通量排斥和穿透深度是磁悬浮、超导磁屏蔽以及超导磁体和微波腔中利用的场屏蔽行为的基础；迈斯纳效应也是用于确认新材料超导电性的实验特征。

History

迈斯纳和奥森菲尔德于1933年发现了磁通量的主动排斥，表明超导电性是一种独特的 thermodynamic 状态；弗里茨和海因茨·伦敦于1935年提出了现象学电磁理论，该理论捕捉了迈斯纳效应并引入了穿透深度。

Key figures

• Walther Meissner
• Fritz London
• Heinz London

Seminal works

• london1935
• tinkham2004

Frequently asked questions

超导体在磁场中与完美导体有何不同？

完美导体仅仅保持其在成为完美导体时所拥有的磁通量，但超导体在磁场中冷却时会主动将磁通量排出；这种迈斯纳排斥是一种完美导体不会表现出的热力学性质。

什么是伦敦穿透深度？

它是施加的磁场和屏蔽超电流衰减进入超导体表面的短距离，通常为几十纳米；超出此距离，内部基本上没有磁场。