1908年，荷兰物理学家海克·昂内斯初次发现了将氦气滚动为液氦的法子。这是一项了不得的竖立，因为氦独一在总计零度以上4度的技术才会液化，也等于零下269摄氏度。其后，他把一份水银样本冷却到这个温度并通电，令他惊怖的是，他发现它莫得了电阻，这意味着莫得能量赔本。这黑白常不寻常的征象，因为常常情况下，在电畅达过材料的历程中，至少会赔本一些能量。意识到这种征象的紧迫性，他把这种物资的新景色称为超导体，他也因此赢得了1913年的诺贝尔物理学奖。

在一般情况下，当电畅达过一种材料时，老是会有电阻，因为电子与原子碰撞会形成一些能量赔本。但不知因何，在这种新的超导景色下，电子顺利穿过材料，就像莫得任何原子挡住它们的路相通。事实上，若是你在一个超导线圈中放入电流，电流简直将永恒合手续流动，而无需加多电压或能量。超导体还有一个看起来很神奇的特质，那等于它们不错排出磁场。是以若是你把一块磁铁放在超导体上，磁铁就会悬浮起来。

超导材料若何能齐全地传输电流而不赔本能量？要回应这个问题，咱们必须深切到亚原子的基础，这意味着咱们必须调用量子力学。超导是什么？为什么它如斯极度，量子力学又是若何阐发它的？

迈斯纳效应

20世纪初，材料在很冷的温度下达到低电阻的念念法被正常收受，但东说念主们还不懂的是接近总计零度时电阻会发生什么变化？开尔文以为电子会完全罢手，因此电阻会变成无限大。因此，当初次发现材料的电阻不错在格外低的温度下变为零时，这是出乎料念念的。1911年，昂内斯第一个在水银中发现了这小数，并发现它在4.2开尔文的温度下具有超导性。其后，东说念主们发现其它金属和合金不错在更高的温度下超导。关联词，典型的温度仍然很冷，常常低于150开尔文。

1933年，沃尔特·迈斯纳和罗伯特·奥克森菲尔德又有了一个要紧发现。他们发现，当金属在一个小磁场中冷却时，跟着金属变得超导，磁通量会自愿地破除在外，这咫尺被称为迈斯纳效应。常常，物资允许磁场穿过它。关联词，超导的一个性质是超导材料会排出磁通量场，换句话说，磁场不成穿过它。因此，磁铁的磁场会擢升材料，以使磁通量能告成流向另一磁极，这也等于导致悬浮的原因。

即使在这一发现之后，仍然不知说念超导真是凿原因是什么。在超导被发现的46年后，咱们才有了第一个确凿的微不雅表面来态状超导发生的事情。1957年，约翰·巴丁、利昂·库珀和约翰·施里弗提议了咫尺被称为BCS的表面，并在1972年赢得了诺贝尔物理学奖。他们到底发现了啥？

电阻产生的原因

为了知晓电子如安在超导体中无阻力地流动，咱们领先需设施路导致阻力的原因。在金属里面，离原子核最远的最外层电子不错解放迁徙，以致于金属不错视为被电子海包围的原子堆，电子大概以雷同流体的神色流动。若是咱们在金属的一边通电，它们不错很容易地收受这些新电子，并在另一边推出一些电子以腾出空间，咱们把这种流动阐发为电流。

然而，命运却注定了这片红色土地将迎来一场颠覆性的变革。一批有苏联背景的领导人，如博古和李德，进入了中央苏区。他们带来了新的思想和策略，渐渐掌握了领导权。

在静海县的一个贫穷农家，孙耀庭诞生于1902年。在先生的引领下，孙耀庭进入了一所小小的学校，免除了学费的负担。那个学校虽然简陋，但孙耀庭对知识充满了渴望，他如饥似渴地吸收着每一滴学问的精髓。

但电子的流动并不齐全。当电子在材料中迁徙时，原子挡住了它们的去路，若是原子完全静止，电子就能更容易地通过材料。但常常情况并非如斯，原子会振动，或者晶格中存在谬误，电子与可能正在振动的原子发生碰撞。这将导致电子发生散射，最终将其部分能量开释给了原子，使其振动得更横蛮。这种加多的振动导致扫数这个词晶格振动得更多，这种较高的振动导致金属升温，这等于电阻导致能量赔本的原因。

跟着温度的升高，原子的振动会更热烈，这将导致更高能量的碰撞和更高的电阻。这种导致电子散射的振动不错通过裁减金属的温度来减少。但是，原子的振动不成完全罢手，因为海森堡的不祥情味旨趣进行了放置，那么电阻又是若何完全褪色的呢？

费米子与玻色子

设施路这小数，咱们先来重温费米子和玻色子的想法。粒子王人有一个与动量关系的特质叫作念自旋，自旋并不是指物理上的旋转，而是粒子的内禀性质。这些自旋值是普朗克常数的倍数：它要么是整数倍，要么是半整数倍。具有半整数自旋的粒子称为费米子，具有整数自旋的粒子称为玻色子。举例，一个电子电子不错有+1/2或-1/2的自旋，是以它是费米子；光子不错有+1或-1的自旋，是以它是玻色子。

玻色子和费米子在亚原子水平上的行径不同。在量子系统中，任何数目的相通玻色子王人不错占据相通的能级，但费米子的情况并非如斯，两个或两个以上相通的费米粒子不成占据相通的能级，这被称为泡利不相容旨趣。绵薄来说，相通费米子不成堆在一说念，而玻色子莫得这个放置，违反它们在低温下可爱堆在一说念。

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超导：库珀对

当一个电子在导体中迁徙时，它会被其他电子摒除，但它也会诱骗组成金属刚性晶格的正离子。这种诱骗力使离子晶格发生诬蔑，使离子幽微地向电子迁徙，加多了晶格近邻的正电荷密度。这种正电荷密度不错在远距离诱骗其他电子，由于离子的移位，这种诱骗力不错克服电子的摒除并导致它们两两劝诱。两个电子以这种神色劝诱在一说念，称为库珀对。

若是材料的温度浪费低，库珀对会保合手在一说念，因为它莫得浪费的能量远隔。然后，咱们不错将这种组合当成单独的粒子来对待。当两个电子以这种神色劝诱在一说念时，它们的半自旋一说念形成一个整数自旋。换句话说，它们启动施展得像玻色子，它们不再受泡利不相容旨趣的放置。

咫尺的情况是，由于纵容多个玻色子王人不错插足相通的顽劣态，库珀对的聚合启动施展得像一个实体。当一束玻色子冷却到低温占据最低量子基态时，就称为玻色-爱因斯坦凝华体。它们就像一个玻色子电子相通，王人处于相通的顽劣量景色。它是带负电的，因为它是由带负电的电子组成的，是以这意味着它不错导电。

正常情况下，当一个电子与一个原子碰撞并散射时，它会因为碰撞而失去一些能量。但是关于库珀对，它莫得更低的能量了，因为它们还是处于最低的能态，是以它们不可能再赔本任何能量了。库伯对与原子之间穷乏相互作用，灵验地导致电子流动莫得阻力，材料就变成了超导体。库珀对中的电子的相互作用格外弱，是以超导常常只在格外低的温度下发生。当温度跨越临界温度时，库伯对就会被艰涩，因为还是有浪费的能量将它们理会，因此超导性就会丧失。

以上所态状的机制是对库珀对若何形成的旧例知晓，但是可能还有其他机制咱们尚未了解。