Efekt Meissnera

Magnes lewitujący nad nadprzewodnikiem wysokotemperaturowym chłodzony ciekłym azotem

Linie pola magnetycznego zostają wypchnięte z nadprzewodnika w temperaturze niższej od krytycznej

Efekt Meissnera (lub efekt Meissnera-Ochsenfelda) – zjawisko zaniku pola magnetycznego (wypchnięcia pola magnetycznego) z nadprzewodnika, gdy przechodzi on w stan nadprzewodzący. Zjawisko zostało odkryte w 1933 roku przez Walthera Meissnera i Roberta Ochsenfelda.

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

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

Gdy wartość zewnętrznego pola magnetycznego przekroczy natężenie graniczne, wówczas zjawisko nadprzewodnictwa zanika i pole to zaczyna wnikać do wnętrza materiału. Jeżeli natężenie pola ponownie będzie się zmniejszać, to znów może być osiągnięty stan nadprzewodnictwa a pole magnetyczne zostanie wypchnięte z wnętrza próbki. Przyczyną wypchnięcia jest pojawienie się w powierzchownej warstwie nadprzewodnika prądu elektrycznego o takim natężeniu, że wytworzone przez niego pole magnetyczne kompensuje pole magnetyczne wewnątrz nadprzewodnika. Związana z tym siła może utrzymać bryłkę nadprzewodnika nad stacjonarnym magnesem – zjawisko lewitacji nadprzewodnika. Lewitujący w ten sposób nadprzewodzący magnes ma szczególną właściwość – może pozostawać w bezruchu (dzięki liniom pola magnetycznego uwięzionym w defektach sieci krystalicznej) lub wirować.

Wyjaśnienie fenomenologiczne

Pierwszym wyjaśnieniem teoretycznym efektu Meissnera jest równanie Londonów:

$\nabla \times {\vec {J_{d}}}=-{\frac {\vec {B}}{\mu _{0}\lambda ^{2}}}$

i równanie Maxwella:

$\nabla \times {\vec {B}}=\mu _{0}{\vec {J_{d}}}$

gdzie

J_d – gęstość prądu,

B – lokalna indukcja magnetyczna,

λ – głębokość wnikania.

Ponieważ pole magnetyczne jest wirowe, to

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

Wynika stąd, że:

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

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.

Zobacz też

• lewitacja
• nadprzewodnictwo wysokotemperaturowe

Źródła

Michel Cyrot: Wstęp do nadprzewodnictwa. Nadprzewodniki wysokotemperaturowe. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 1966. ISBN 83-01-11937-3.Sprawdź autora:1.brak strony w książce