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解釋

由液態(tài)氮所冷卻的超導(dǎo)體把磁石懸浮起來(lái)。

在弱場(chǎng)下，超導(dǎo)體幾乎“排斥”掉所有的磁通量，磁力線無(wú)法穿透超導(dǎo)體。它通過(guò)在其表面建立起電流來(lái)達(dá)到這點(diǎn)。這些表面電流的磁場(chǎng)與外加的磁場(chǎng)在超導(dǎo)體內(nèi)互相抵消。由于場(chǎng)排斥（或抵消）并不隨時(shí)間而改變，所以導(dǎo)致這效應(yīng)的電流（又稱持久電流）并不會(huì)因時(shí)間而減弱。因此電導(dǎo)率可被視為無(wú)限：即超導(dǎo)體。

在接近表面的一定距離內(nèi)，磁場(chǎng)并不會(huì)被完全抵消，這個(gè)距離被稱為倫敦穿透深度。每一種超導(dǎo)體都有其特有的穿透深度。

任何完美的零電阻導(dǎo)電體都會(huì)因?yàn)楹?jiǎn)單的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，阻止通過(guò)其表面的磁通量改變。然而，超導(dǎo)體的邁斯納效應(yīng)跟這個(gè)有區(qū)別：當(dāng)為了在外加磁場(chǎng)下到達(dá)超導(dǎo)態(tài)，而冷卻一般導(dǎo)電體時(shí)，磁通量在相變期間會(huì)被排斥。這樣的效應(yīng)無(wú)法只用無(wú)限電導(dǎo)率來(lái)解釋。它的解釋比這個(gè)更復(fù)雜，最早由弗里茨·倫敦（英語(yǔ)：Fritz London）與海因茨·倫敦兩兄弟在倫敦方程中提出。

完美抗磁性

處于邁斯納態(tài)的超導(dǎo)體會(huì)表現(xiàn)出完美抗磁性，或超抗磁性，意思是超導(dǎo)體深處（離表面好幾個(gè)穿透深度的地方）的總磁場(chǎng)非常接近零。亦即是它們的磁化率χ χ -->v{\displaystyle \chi _{v}} = ?1?？勾判泽w的定義為能產(chǎn)生自發(fā)磁化的物料，且磁化方向與外加場(chǎng)直接相反。然而，超導(dǎo)體中抗磁性的基本來(lái)源與一般材料的非常不同。在一般材料中，抗磁性是原子核旁電子的軌道自旋，與外加磁場(chǎng)間電磁感應(yīng)的直接結(jié)果。在超導(dǎo)體中，完美抗磁性的假象是由持久的屏蔽電流所引起的，電流的流動(dòng)方向與外加場(chǎng)相反（邁斯納效應(yīng)）；抗磁性并非只由軌道自旋所引起。

后果

邁斯納效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)使得弗里茨·倫敦（英語(yǔ)：Fritz London）與海因茨·倫敦于1935年得出超導(dǎo)的現(xiàn)象理論。這套理論解釋了無(wú)電阻運(yùn)輸與邁斯納效應(yīng)，并提供了早期的超導(dǎo)預(yù)測(cè)。然而，這套理論只解釋到實(shí)驗(yàn)觀測(cè)結(jié)果——使用它并不能夠找出超導(dǎo)現(xiàn)象的微觀來(lái)源。不過(guò)，所有的微觀理論都需要能夠重現(xiàn)這種效應(yīng)。1957年的BCS理論就成功辦到這一點(diǎn)。但是，現(xiàn)時(shí)邁斯納效應(yīng)的理論，包括現(xiàn)象的倫敦理論、微觀的BCS理論以及經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)，明顯離完整還有相當(dāng)距離。問(wèn)題在于描述電動(dòng)勢(shì)的法拉第電磁感應(yīng)定律，在邁斯納效應(yīng)的靜止條件下等于零，而現(xiàn)時(shí)的理論并沒(méi)有提出其他電力來(lái)加速電子，直至電子達(dá)至倫敦方程所描述的超電流穩(wěn)定態(tài)。很明顯地，這樣的加速對(duì)宏觀的觀測(cè)者而言不可能是瞬時(shí)的，因?yàn)闀?huì)破壞因果原理。這個(gè)問(wèn)題在有暫態(tài)超電流的系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行過(guò)分析這個(gè)模型是基于把庫(kù)珀對(duì)當(dāng)成零自旋的玻色子處理，結(jié)果在漸近時(shí)與倫敦方程一致。但是，解決問(wèn)題還需要對(duì)麥克斯韋－勞倫茲電動(dòng)力學(xué)作出一些有疑義的延伸。

一錫制的圓柱體——在一注滿液態(tài)氦的杜瓦瓶中——被置于一電磁鐵的兩極之間。磁場(chǎng)約為8mT（80 G）。

T=4.2 K，B=8 mT（80 G）。錫處于普通的電導(dǎo)態(tài)。指南針們顯示磁通量穿過(guò)圓柱體。

圓柱體從4.2 K被冷卻至1.6 K。電磁鐵的電流保持不變，但錫在大約3 K就成了超導(dǎo)體。磁通量受到圓柱體的排斥（邁斯納效應(yīng)）。

希格斯機(jī)制的范例

超導(dǎo)體的邁斯納效應(yīng)可用作規(guī)范場(chǎng)的質(zhì)量M（即倒數(shù)范圍，λ λ -->M:=h/(Mc){\displaystyle \lambda _{M}:=h/(Mc)}，其中h為普朗克常數(shù)，c為光速）生成機(jī)制的重要范例。實(shí)際上，這個(gè)類似是希格斯機(jī)制的一個(gè)可交換例子。在高能物理中，電弱規(guī)范粒子W± 及Z的質(zhì)量，正是通過(guò)希格斯機(jī)制所生成的。長(zhǎng)度λ λ -->M{\displaystyle \lambda _{M}}跟超導(dǎo)理論的“倫敦穿透深度”是一樣的。

觀測(cè)

在發(fā)現(xiàn)高溫超導(dǎo)之前，要觀測(cè)到邁斯納效應(yīng)是一件很難的事，這是因?yàn)橥饧訄?chǎng)要相對(duì)地?。慷刃枰陔x相界遠(yuǎn)的地方進(jìn)行）。但使用釔鋇銅氧的話，用液態(tài)氮就能展示出此效應(yīng)，永久磁鐵在其上會(huì)懸浮。

另見(jiàn)

超流體

倫敦方程

參考資料

M. Tinkham, Introduction to Superconductivity, 2nd Ed., Dover Books on Physics (2004). ISBN 0-486-43503-2 （平裝本）. 一本好的技術(shù)性參考書。

Fritz London, Superfluids, Volume I, Macroscopic Theory of Superconductivity, (1950). Reprinted by Dover. ISBN 0-486-60044-0. 由解釋邁斯納效應(yīng)的科學(xué)家所著。第34–37頁(yè)有一篇有關(guān)超導(dǎo)球體邁斯納效應(yīng)的討論。

Wayne M. Saslow, Electricity, Magnetism, and Light, Academic (2002). ISBN 0-12-619455-6. 第486–489頁(yè)有一篇簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)討論，是關(guān)于導(dǎo)致邁斯納效應(yīng)的表面電流的，討論個(gè)案為一條在超導(dǎo)平面上懸浮的長(zhǎng)形磁石。

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