超导的简单科普

超导的简单科普

本文核心词：科普,物理,学习,量子,超导,量子力学,电磁场,电动力学
（本文档初次尝试使用Markdown和Latex编辑，为非正式科普），也不怎么的就发到了B站。
简述超导的历史沿革和理论突破，以及超导材料的特性。
一、问题的引入：恒定电场

恒定电场 理想导体与介质分界面
理想导体（也称完纯导体，PEC）是电阻为0即电导率为无穷大（）的物质，是一个与理想介质相对应的概念，在实际中并不存在。理想导体内没有电场和时变磁场，其表面上没有切向的电场和法向的磁场。
由于理想导体内不能存在电磁波，所以电磁波入射到理想导体表面上时会发生全反射，理想导体内没有电磁能量进入，反射波能量密度与入射波能量密度相等。（见书P241，6.6节）
理想导体的波阻抗。导体内的磁通量必须随时间恒定。施加到理想导体上的任何外部磁场都不会影响其内部磁场配置。
超导是超导电的简称，它是指金属、合金或其他材料电阻变为零的特性。
超导体的直流电阻为0，电流可以在其间无损耗的流动且表现为完全抗磁性（迈斯纳效应），这种现象即为超导现象，超导体（superconductor）由于其独特的物理性质，有许多可能的实际应用。
超导体和理想导体的不同之处：
In perfect conductors, the interior magnetic field must remain fixed but can have a zero or nonzero value. In real superconductors, all magnetic flux is expelled during the phase transition to superconductivity (the Meissner effect), and the magnetic field is always zero within the bulk of the superconductor.
理想导体中，内部磁场可为一常数（可以是0），而真实存在的超导体在低于其临界温度后，内部所有磁场均被排斥在外。
下面简单介绍下超导体：

二、超导发展脉络
超导现象的重要特征是电阻为零和完全抗磁性。
超导是怎么来的？ 95后曹原有何贡献？
911年，荷兰科学家 昂内斯（Onnes） 研究低温物理时，用液氦冷却汞，发现当温度下降4.2K时 水银 的电阻完全消失，这种现象称为超导电性，此温度称为临界温度 。后来又发现、等金属也存在临界温度。（1913年获诺奖）
昂纳斯致力于制造低温，液化气体的研究，1898杜瓦液化了 ,1908年昂内丝液化达到4.15K的低温。
1933年，瓦尔特·迈斯纳和罗伯特·奥克森菲尔德两位科学家发现，超导体内部的磁场为0，即展现出完全抗磁性。这被称为迈斯纳效应。（可应用于超导磁悬浮）
尽管1911年就发现了超导现象，但直到1957年，其微观机理才有一个令人满意的解释。即美国物理学家巴丁、库珀和施里弗提出BCS理论，它提出，金属中自旋和动量相反的电子可以配对形成“库珀对”（Cooper pair），晶格的振动，称为声子（Phonon），使自旋和动量都相反的两个电子组成动量为零、总自旋为零的库珀对，称为电声子相互作用。由于库珀对的总自旋为零，可以形成玻色–爱因斯坦凝聚，库珀对如同超流体可以绕过晶格缺陷杂质流动从而无阻碍地形成超导电流。（1972年诺奖）
不过，BCS理论并无法成功的解释所谓非常规超导体，或高温超导的现象。
美国凝聚态物理学家麦克米兰根据BCS理论，和当时能找到的超导体，认为超导临界温度不会高于40K，称为“麦克米兰极限”。
1986年1月，德国物理学家约翰内斯·贝德诺尔茨和瑞士物理学家卡尔·米勒发现陶瓷性金属氧化物（钡镧铜氧化物）可以作为超导体，其临界温度是33K，开启了铜基高温超导体的时代，（次年1987年诺奖）
铜氧化物超导体不能用BCS理论解释，开启了第二代超导体——高温超导体 的时代。
贝德诺尔茨和米勒获奖的1987年，我国物理学家赵忠贤，发现钇钡铜氧系的高达92.8K，同年美籍华裔物理学家朱经武和台湾物理学家吴茂昆也得到相同结果。
这一贡献突破了麦克米兰极限（40K），也突破了液氮的温度壁垒（77K），从此可以用液氮来制造低温环境来制备超导材料，而不必再使用液氦，大大降低了研究铜氧化物的成本。