Efekt Meissnera

Efekt Meissnera

Efekt Meissnera, znany również jako zjawisko Meissnera-Ochsenfelda, to zjawisko związane z zanikiem pola magnetycznego w nadprzewodnikach, gdy przechodzą one w stan nadprzewodzący. Odkryty w 1933 roku przez Walthera Meissnera i Roberta Ochsenfelda, jest kluczowym wskaźnikiem nadprzewodnictwa.

Opis zjawiska

W przypadku zewnętrznego pola magnetycznego o natężeniu poniżej granicy, pole to nie wnika do wnętrza nadprzewodnika, z wyjątkiem cienkiej warstwy powierzchniowej, zwanej głębokością wnikania Londonów. Wewnątrz nadprzewodnika natężenie pola magnetycznego wynosi zero. Graniczne natężenie pola, powyżej którego nadprzewodnictwo zanika, zależy od materiału oraz temperatury.

Gdy natężenie zewnętrznego pola magnetycznego przekracza granicę, zjawisko nadprzewodnictwa ustaje, a pole zaczyna przenikać do wnętrza materiału. Po zmniejszeniu natężenia pola, nadprzewodnik powraca do swojego stanu, wypychając ponownie pole magnetyczne. To zjawisko wypchnięcia jest wynikiem pojawienia się na powierzchni nadprzewodnika prądu elektrycznego, który generuje pole magnetyczne kompensujące pole wewnętrzne. Dzięki temu nadprzewodnik może unosić się nad magnesem, co jest znane jako lewitacja nadprzewodnika.

Wyjaśnienie fenomenologiczne

Pierwsze teoretyczne wyjaśnienie efektu Meissnera opiera się na równaniach Londonów oraz równaniach Maxwella. W szczególności, równania te wskazują, że:

• $\backslash nabla\; \backslash times\; \backslash vec\{J\_d\}\; =\; -\backslash frac\{\backslash vec\{B\}\}\{\backslash mu\_0\; \backslash lambda^2\}$
• $\backslash nabla\; \backslash times\; \backslash vec\{B\}\; =\; \backslash mu\_0\; \backslash vec\{J\_d\}$

Gdzie:

• $J\_d$ – gęstość prądu,
• $B$ – lokalna indukcja magnetyczna,
• $\backslash lambda$ – głębokość wnikania.

Pole magnetyczne pozostaje zerowe wewnątrz nadprzewodnika poniżej głębokości wnikania, co zostało wyjaśnione przez fenomenologiczną teorię Londonów. Dalsze zrozumienie efektu Meissnera wiąże się z teorią BCS, która jako pierwsza dostarcza mikroskopowe podstawy nadprzewodnictwa.

Podsumowanie

Efekt Meissnera jest kluczowym zjawiskiem w nadprzewodnictwie, które pozwala na identyfikację materiałów nadprzewodzących. Zjawisko to łączy się z unikalnymi właściwościami fizycznymi, takimi jak lewitacja, i ma swoje teoretyczne podstawy w równaniach Londonów oraz teorii BCS.