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为什么超导体必须是冷的? | 天了噜!小组 | 果壳网 科技有意思

 夜半读读读 2017-03-18

物理学家表示,要回答这个问题,答案真的很长很长很长。

超导性表现为各种各样的形式,每一种形式都有对应的解释,尽可能简单点的解释就是:

在导体中,产生电阻的主要原因是移动的电子和电子通过的物质之间发生的动能交换。结果材料升温,电子朝着各个方向移动,很难判断它们到底要往哪个方向移动。事实上,电子在电流方向上的净运动通常被称为“漂移速度”。

备注:漂移速度(Drift Velocity),是指一个粒子(例如电子)因为电场的关系而移动的平均速度。

能量交换使材料发热,也让电子的路径变得随机

通过冷却材料,敲击电子往周围移动的能量会减少,电子路径更清晰,受到的阻力也更小。这只是为什么冷却会产生较少的电阻的一种观点,但并没有谈到超导性。

顾名思义,量子力学是描述宇宙中的一切是如何量子化的(不是连续的)。被交换的能量必须是具有最小数量的分离(量化的)块。如果材料足够冷,那么没有足够的热能以达到最小的“块”。因此,没有能量从材料传递到电子,电子不会被碰撞,也不会遇到任何阻力。

图为钇钡铜氧化物(Yitrium-Barium-Copper-Oxide)在不同温度下电阻的变化,这是第一个“高温超导体。因为将钇钡铜氧化物冷却成为超导只需要使用液氮,成本很低,所以算是一个突破。

事实证明,许多材料只要被冷却到一定的温度都能成为超导体。水银的样品在被冷却到4°K(- 452°F或- 269°C)时,偶然发现了其超导性。

最后值得注意的是,上面的答案是我能想出的最直观的答案,但不是最准确的。更精确的理解涉及对数学和波动力学更深入的理解(电子更像是波而不是粒子,材料的作用更像波导而不是软管)。

http://www./2010/01/q-why-do-superconductors-have-to-be-cold/

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