Question

超导体是什么?

Answer 1

超导体最重要的特点是电流通过时电阻为零,有一些类型的金属（特别是钛、钒、铬、铁、镍）,当将其置于特别低的温度下时,电流通过时的电阻就为零.在普通的导体中,大部分通过导体的电流由于电阻的原因变为热能,因而被“消耗”掉了.在超导体中,实际上没有阻力,这样,一旦接通电流,从理论上讲就永远不会中断.在一个用超导体制成的电磁体（一个线圈,电流从中通过时产生电磁场）所构成的电路中,从理论上讲只送入一次电流,就可以在电路内不停的流动,从而就能使电磁场持续不断.当然,实际上是存在损耗的,不可能实现这类“永动”,不能不去考虑必需的能源投入,以使超导体能保持其产生零电阻现象所需要的底温状态（即-269℃,比绝对零度高出4℃）.
然而,从80年代初开始,人们发现了新材料.这种新材料能够在越来越接近常温的条件下形成超导体.为在这些物质的基础上获得超导体,各国都正在进行各种研究.这种材料同传统材料的区别在于它不需要冷却系统.
超导现象是1911年由荷兰人海克·卡默林·翁内斯（1853－1926）发现的.几十年中,没有人能做出解释.在理论上让人信服的解释出现在半个世纪之后,即在1957年由物理学家约翰·巴丁（晶体管发明者之一）、利昂·库珀和约翰施里弗宣布的“BCS理论”.电流是一种在金属离子,亦即带有多出的正电荷的原子周围流动的自由电子,电阻的产生是因为离子阻碍了电子的流动,而阻碍的原因又是由于原子本身的热振动以及它们在空间位置的不确定所造成的.
在超导体中,电子一对一对结合构成了所谓的“库珀对”,它们中的每一对都以单个粒子的形式存在.这些粒子抱成一团流动,不顾及金属离子的阻力,好像是液体一样在流动.这样,事实上就中和了任何潜在的阻力因素.
在普通导体中会发生什么情况
上边这幅图使电传导观念形象化了,电传导就如同球体（电子）运动一样.它在斜面上流动（斜面相当于一个导体）障碍物代表金属离子不规则的网状结构,它们不允许电子自由流动.这就是形成电阻的原因.电子与全属离子相撞,输出了它的部分能量,这些能量又转化为热量.
超导体会发生什么变化
超导体中电子两个两个地成组聚集在所谓的“库珀对”里面,它们又表现为单一的粒子,这同煤气分子能够聚集成液体状是同样的道理.超导电子作为整体以液体的形态表现出来,尽管存在着由于金属离子摆动和金属离子网的不规则带来的阻碍,它还是能够自由流动而不受影响.