對,,超導(dǎo)體的電阻率為零,而且,,是絕對的零,。 超導(dǎo)在1911年由荷蘭物理學(xué)家卡末林.昂尼斯團(tuán)隊發(fā)現(xiàn),第一個超導(dǎo)體是金屬汞,,臨界溫度為4.2 K,,即在4.2 K以下電阻突然降為零。 超導(dǎo)體電阻為零,,起初昂尼斯團(tuán)隊是認(rèn)為電阻超出了儀器測量精度(0.00001 Ω),,他們已經(jīng)“測不到了”,所以認(rèn)為是零。后來,,昂尼斯的工程師Gerrit Flim為了證實超導(dǎo)體電阻到底有多小,,花了20年左右的實驗不斷重復(fù)實驗并提高精度,最終也未能測量到超導(dǎo)體電阻率的極限值,,也就是說,,它還是零。Flim設(shè)計的實驗原理很簡單:他設(shè)計了兩個并列線圈,,被金屬圓筒包圍以屏蔽地磁場,,其中一個線圈是超導(dǎo)體,引入電流后斷開出路,,電流就會在超導(dǎo)環(huán)里持續(xù)穩(wěn)定地存在,,相當(dāng)于一個磁體。第二個線圈是一個普通銅線圈,,需要外接電流,,也相當(dāng)于一個磁體。兩個線圈中間設(shè)一個磁針,,調(diào)整銅線圈中的電流大小和超導(dǎo)線圈初始值一樣,,那么磁針就不受外力而指向東西方向(避免和地磁場的南北方向混淆)。一旦超導(dǎo)線圈出現(xiàn)電阻,,其中的電流就會發(fā)生衰減,,磁針的指向也就會發(fā)生偏轉(zhuǎn),或者需要調(diào)整銅線圈電流讓磁針不偏轉(zhuǎn),。顯然,,超導(dǎo)線圈中電流越大,這個實驗效果就越明顯,。但是Flim最終加到了200 A的大電流,,也沒有發(fā)現(xiàn)磁針的任何偏轉(zhuǎn)。 后來,,隨著儀器測量精度的提高,,人們證明超導(dǎo)體電阻率低于10^-18 Ω.m。而室溫下導(dǎo)電性極好的金屬如金,、銀,、銅、鐵,、鋁,、鉑等的電阻率一般為10^-8 Ω.m??梢姵瑢?dǎo)體導(dǎo)能力要強(qiáng)10個數(shù)量級,,名副其實的“超級導(dǎo)電”,。假設(shè)利用電磁感應(yīng)方法,在超導(dǎo)環(huán)內(nèi)感應(yīng)出1 A的電流,,可以通過測量該環(huán)形電流產(chǎn)生的磁場來判斷電流是否衰減,。粗略估計,如果周圍低溫環(huán)境能夠永遠(yuǎn)保持,,超導(dǎo)狀態(tài)永不改變的話,,那么至少需要1000億年才能徹底衰減掉這個電流。相比之下,,我們宇宙的年齡,,也不過137億年。因此,,在人類有生之年,,完全可以認(rèn)為超導(dǎo)體電阻就是絕對的零! 但是,,超導(dǎo)體承載的電流并不是無限大的,!原因是超導(dǎo)體還存在臨界電流密度。一旦超過這個電流密度,,超導(dǎo)狀態(tài)將不可恢復(fù),,電阻就會出現(xiàn)。事實上,,超導(dǎo)體存在至少三個關(guān)鍵臨界參數(shù):臨界溫度,、臨界磁場、臨界電流密度,。三者還會互相影響,,必須在三者都足夠小的情況下,構(gòu)成的超導(dǎo)臨界曲面范圍內(nèi),,超導(dǎo)才可以穩(wěn)定地存在,。 如果采用超導(dǎo)納米線來承載超導(dǎo)電流,那么電流密度是極大的,,也極其容易破壞超導(dǎo)狀態(tài)。現(xiàn)在量子通訊中采用的超導(dǎo)鈮單光子探測器就是利用了這個原理,,將金屬鈮的薄膜刻蝕成極窄的納米線陣列,,一旦有光子進(jìn)入將導(dǎo)致局域升溫。溫度上升幅度雖然很小,,但足以導(dǎo)致臨界電流密度迅速減小,,原先承載的超導(dǎo)電流將達(dá)到破壞超導(dǎo)的程度,也就得到了電阻值,,從而出現(xiàn)電壓信號,。 |
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