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1908年，荷兰物理学家海克·昂内斯初次发现了将氦气转化为液氦的相貌。这是一项了不得的建设，因为氦唯有在所有这个词零度以上4度的时辰才会液化，也即是零下269摄氏度。其后，他把一份水银样本冷却到这个温度并通电，令他颤抖的是，他发现它莫得了电阻，这意味着莫得能量耗费。这口角常不寻常的表象，因为频繁情况下，在电通顺过材料的进程中，至少会耗费一些能量。意志到这种表象的过失性，他把这种物资的新气象称为超导体，他也因此获取了1913年的诺贝尔物理学奖。

在一般情况下，当电通顺过一种材料时，老是会有电阻，因为电子与原子碰撞会变成一些能量耗费。但不知何以，在这种新的超导气象下，电子径直穿过材料，就像莫得任何原子挡住它们的路雷同。事实上，要是你在一个超导线圈中放入电流，电流简直将恒久捏续流动，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色，那即是它们不错排出磁场。是以要是你把一块磁铁放在超导体上，磁铁就会悬浮起来。

超导材料怎样能竣工地传输电流而不耗费能量？要回应这个问题，咱们必须深远到亚原子的基础，这意味着咱们必须调用量子力学。超导是什么？为什么它如斯尽头，量子力学又是怎样诠释注解它的？

迈斯纳效应

20世纪初，材料在很冷的温度下达到低电阻的思法被等闲采选，但东谈主们还不懂的是接近所有这个词零度时电阻会发生什么变化？开尔文以为电子会完全住手，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相称低的温度下变为零时，这是出乎料思的。1911年，昂内斯第一个在水银中发现了这少量，并发现它在4.2开尔文的温度下具有超导性。其后，东谈主们发现其它金属和合金不错在更高的温度下超导。可是，典型的温度仍然很冷，频繁低于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，磁通量会自觉地破除在外，这当今被称为迈斯纳效应。频繁，物资允许磁场穿过它。可是，超导的一个性质是超导材料会排出磁通量场，换句话说，磁场不行穿过它。因此，磁铁的磁场会提高材料，以使磁通量能顺利流向另一磁极，这也即是导致悬浮的原因。

即使在这一发现之后，仍然不知谈超导果透露原因是什么。在超导被发现的46年后，咱们才有了第一个着实的微不雅表面来刻画超导发生的事情。1957年，约翰·巴丁、利昂·库珀和约翰·施里弗建议了当今被称为BCS的表面，并在1972年获取了诺贝尔物理学奖。他们到底发现了啥？

电阻产生的原因

为了意会电子如安在超导体中无阻力地流动，咱们领先需要意会导致阻力的原因。在金属里面，离原子核最远的最外层电子不错目田出动，甚至于金属不错视为被电子海包围的原子堆，电子大约以雷同流体的时势流动。要是咱们在金属的一边通电，它们不错很容易地采选这些新电子，并在另一边推出一些电子以腾出空间，咱们把这种流动诠释注解为电流。

但电子的流动并不竣工。当电子在材料中出动时，原子挡住了它们的去路，要是原子完全静止，电子就能更容易地通过材料。但频繁情况并非如斯，原子会振动，或者晶格中存在颓势，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，使其振动得更犀利。这种加多的振动导致通盘这个词晶格振动得更多，这种较高的振动导致金属升温，这即是电阻导致能量耗费的原因。

跟着温度的升高，原子的振动会更猛烈，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汰金属的温度来减少。但是，原子的振动不行完全住手，因为海森堡的不笃定性旨趣进行了已矣，那么电阻又是怎样完全覆没的呢？

费米子与玻色子

要意会这少量，咱们先来重温费米子和玻色子的办法。粒子齐有一个与动量关系的特色叫作念自旋，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看成不同。在量子系统中，任何数目的相通玻色子齐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行占据相通的能级，这被称为泡利不相容旨趣。浅陋来说，相通费米子不行堆在沿途，而玻色子莫得这个已矣，相悖它们在低温下可爱堆在沿途。

超导：库珀对

当一个电子在导体中出动时，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歪曲，使离子眇小地向电子出动，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集会。两个电子以这种时势集会在沿途，称为库珀对。

要是材料的温度裕如低，库珀对会保捏在沿途，因为它莫得裕如的能量离别。然后，咱们不错将这种组合当成单独的粒子来对待。当两个电子以这种时势集会在沿途时，它们的半自旋沿途形成一个整数自旋。换句话说，它们启动发达得像玻色子，它们不再受泡利不相容旨趣的已矣。

当今的情况是，由于纵情多个玻色子齐不错参预相通的愚顽态，库珀对的围聚启动发达得像一个实体。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-爱因斯坦凝合体。它们就像一个玻色子电子雷同，齐处于相通的愚顽量气象。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。

宽泛情况下，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，因为它们照旧处于最低的能态，是以它们不可能再耗费任何能量了。库伯对与原子之间穷乏相互作用，有用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相称弱，是以超导频繁只在相称低的温度下发生。当温度卓著临界温度时，库伯对就会被温和，因为照旧有裕如的能量将它们判辨，因此超导性就会丧失。

以上所刻画的机制是对库珀对怎样形成的旧例意会，但是可能还有其他机制咱们尚未了解。