超导的多用性

19世纪末，科学家们发现了一个奇怪的现象：当温度下降到一定程度的时候，某种金属、合金、化合物的电阻会突然消失，成为一点儿电阻也没有的理想导体，这就是超导状态。具有这种特性的物质，就称为超导体。荷兰物理学家卡麦林·翁纳斯，首先在实验中发现了这种现象。

卡麦林·翁纳斯于1853年9月21日生于荷兰格罗宁根，早年在家乡念书，20岁获得博士学位，从1882年起，担任荷兰莱顿大学的物理学教授和实验室主任。

1908年，卡麦林·翁纳斯和他的学生成功地液化了氦气，并达到当时地球上所能达到的最低温度－4.2K。1911年，卡麦林·翁纳斯和他的学生们选择了最容易提纯的水银作为实验材料，进行了各种低温实验。当温度降低到绝对温标－4.2K，也就是－269℃的时候，电阻突然奇怪地消失了！经过反复实验和检验，“超导电性”现象终于被发现了。这一发现导致了超导物理学的诞生。由于低温物理学上的重大突破和成功地液化了氦气，卡麦林·翁纳斯获得了1913年的诺贝尔物理学奖，卡麦林·翁纳斯是第一个因为超导理论的研究而获此殊荣的科学家。

卡麦林·翁纳斯还发现，如对物质加上足够强的磁场，即使在可以实现超导的温度下，超导现象也会消失。在紧靠绝对零度处，超导现象还具有其他一些特性。一种液态氦（氦II）的特性与所有其他物质的特性截然不同。于是，又一个超低温的全新领域被开辟出来。现代计算机可以利用超小型开关，使大量的电路装进一个很小的空间内。这些开关在超导状态下工作，因而必须在液态氦内冷却。

零电阻效应是超导态的两个基本性质之一。电阻的消失叫做零电阻性。所谓“电阻消失”，只是说电阻小于仪表的最小可测电阻。也许有人会产生疑问，如果仪表的灵敏度进一步提高，会不会测出电阻呢？用“持久电流”实验可以解决这个问题。如果回路没有电阻，自然就没有电能的损耗。一旦在回路中激励起电流，不需要任何电源向回路补充能量，电流可以持续地存在下去。有人曾在超导材料做成的环中把电流维持两年半之久而毫无衰减。由此可以判定，电阻率的上限为10—23欧姆厘米，还不到最纯的铜的剩余电阻率的百万亿分之一。

超导态的另一个基本性质是抗磁性，又称迈斯纳效应，即在磁场中一个超导体只要处于超导态，则它内部产生的磁化强度与外磁场完全抵消，从而内部的磁感应强度为零。也就是说，磁力线完全被排斥在超导体外面。

利用超导体的抗磁性可以实现磁悬浮。把一块磁铁放在超导盘上，由于超导盘把磁感应线排斥出去，超导盘跟磁铁之间有排斥力，结果磁铁悬浮在超导盘的上方。这种超导悬浮在工程技术中是可以大大利用的，超导悬浮列车就是例证。让列车悬浮起来，与轨道脱离接触，这样列车在运行时的阻力降低很多，沿轨道“飞行”的速度可达500公里/小时。高温超导体发现以后，超导态可以在液氮温区(零下169摄氏度以上)出现，超导悬浮的装置更为简单，成本也大为降低。我国上海就建有这种磁悬浮列车。

超导研究已经进行了很长时间，其成果已在科研、医疗、交通、通信、军事、电力和能源等领域得到了应用，但这还只是序幕。超导的研究与应用，将在21世纪为人们展现更加绚丽辉煌的前景。