Efekt Meissnera

Z Wikipedii

Magnes lewitujący nad nadprzewodnikiem wysokotemperaturowym chłodzony ciekłym azotem

Efekt Meissnera (lub efekt Meissnera-Ochsenfelda), to zjawisko polegające na całkowitym wypychaniu pola magnetycznego z nadprzewodnika, odkryte w 1933 roku przez Walthera Meissnera i Roberta Ochsenfelda.

Zjawisko Meissnera jest podstawą do określenia, czy dany przewodnik o zerowym oporze elektrycznym jest rzeczywiście nadprzewodnikiem.

Zewnętrzne pole magnetyczne o natężeniu mniejszym od granicznego nie wnika do nadprzewodnika, z wyjątkiem cienkiej warstwy przypowierzchniowej nadprzewodnika (grubość tej warstwy nazywa się Londonów grubością wnikania), natężenie pola magnetycznego wewnątrz nadprzewodnika jest równe zero. Natężenie graniczne pola magnetycznego zależy od materiału oraz temperatury nadprzewodnika.

Jeżeli nadprzewodnik zostanie umieszczony w bardzo silnym polu magnetycznym to przestaje być nadprzewodnikiem, jeżeli natężenie pola będzie się zmniejszać, to w momencie przejścia w stan nadprzewodnictwa pole zostanie wypchnięte z nadprzewodnika. Przyczyną wypchnięcia jest pojawienie się w powierzchownej warstwie nadprzewodnika prądu elektrycznego o takim natężeniu, że wytworzone przez niego pole magnetyczne kompensuje wewnątrz nadprzewodnika pole magnetyczne. Związana z tym siła może utrzymać bryłkę nadprzewodnika nad stacjonarnym magnesem - tzw. lewitacja nadprzewodnika. Tak lewitujący magnes ma dwie szczególne właściwości: może pozostawać w totalnym bezruchu (dzięki liniom pola magnetycznego uwięzionym w defektach sieci krystalicznej) lub wirować.

[edytuj] Fenomenologiczne wyjaśnienie

Pierwszym wyjaśnieniem teoretycznym efektu Meissnera są równania Londonów:

$\nabla \times J_{d}= \frac{-\vec{B}}{\mu_0 \lambda^2}$

i równań Maxwella:

$\nabla \times \vec{B} = \mu_0 J_d$

$J d$ , to gęstość prądu; $B$ , to pole magnetyczne, a $λ$ to głębokość wnikania.

Ponieważ pole magnetyczne jest wirujące, mamy relację:

$\nabla \times \nabla \times \vec{B} = - \nabla^2\vec{B}$

Używając powyższych, można wykazać, że:

$\nabla^2B = \frac{B}{\lambda^2}$

Ponieważ laplasjan B jest równy zero, pole magnetyczne wewnątrz nadprzewodnika, poniżej głębokości wnikania, wynosi zero.

Fenomenologiczna teoria Londonów pozwoliła na wyjaśnienie eksperymentów bez podania mikroskopowych przyczyn powstawania nadprzewodnictwa. Pierwszą teorią mikroskopową, z której wynika efekt Meissnera jest teoria BCS.

[edytuj] Różnica między nadprzewodnikiem, a przewodnikiem o zerowym oporze (efekt Meissnera)

Linie pola magnetycznego zostają wypchnięte z nadprzewodnika, gdy ten ma temperaturę niższą od krytycznej

w temperaturze powyżej krytycznej w obu materiałach występuje pole magnetyczne
obniżenie temperatury powoduje, że z nadprzewodnika pole zostaje wypchnięte
zwiększanie pola dla nadprzewodnika powoduje:
- zniszczenie stanu nadprzewodzącego (nadprzewodniki I rodzaju)
- wnikanie pola w postaci wirów o strumieniu pojedynczych fluksonów (nadprzewodniki II rodzaju)