當(dāng)我們提到超導(dǎo)，你可能會想到高科技電子設(shè)備、磁懸浮列車或者最先進(jìn)的MRI掃描儀。超導(dǎo)技術(shù)確實(shí)令人矚目，但這背后到底隱藏著怎樣的奧秘呢？

超導(dǎo)現(xiàn)象是什么意思？

什么是超導(dǎo)？

超導(dǎo)是一種電性質(zhì)，即某些材料在低溫下，通電后會出現(xiàn)完全無電阻的現(xiàn)象。這意味著電子在這些材料中可以自由地流動，不會損失能量，也不會產(chǎn)生熱量。這樣的特性在自然界中相當(dāng)罕見，但在科學(xué)家的努力下，已經(jīng)找到了一些材料能夠呈現(xiàn)出超導(dǎo)行為。

超導(dǎo)的奧秘主要源于電子之間的相互作用。在正常情況下，當(dāng)電子在材料中流動時，它們會碰撞并產(chǎn)生能量損失。這就是為什么我們在日常生活中使用電能時，會有電線發(fā)熱的原因。然而，在超導(dǎo)材料中，電子之間形成了一種奇特的“配對”現(xiàn)象，稱為庫珀對。這個庫珀對的形成使得電子可以組成一種“超流”，無阻礙地在材料中流動。

庫珀電子對的形成是量子理論的結(jié)果。根據(jù)量子力學(xué)的波粒二象性，電子可以被視為波動粒子。在超導(dǎo)材料中，電子的波動性使得它們可以在晶格中傳播，并與其他電子相互作用。這種相互作用可以通過波函數(shù)來描述，波函數(shù)描述了電子的位置和動量等信息。

庫珀電子對的形成可以通過波函數(shù)的概念來解釋。當(dāng)兩個電子靠近時，它們的波函數(shù)會重疊并形成一個共享的波函數(shù)。這個共享的波函數(shù)描述了兩個電子同時存在的可能性，即它們可以在晶格中以一種協(xié)同的方式移動。這種協(xié)同運(yùn)動使得庫珀電子對能夠在超導(dǎo)材料中自由移動而不受電阻的影響。

超導(dǎo)體除了電阻為零，還有另外一個神奇的現(xiàn)象，被稱為“抗磁性”。早在上世紀(jì)50年代，科學(xué)家們就發(fā)現(xiàn)，包括鉛、汞、鈮、錫在內(nèi)，數(shù)十種金屬元素或合金在冷卻至絕對零度（對應(yīng)零下273.15攝氏度）附近時會變成超導(dǎo)體。上世紀(jì)80年代，各國實(shí)驗(yàn)人員都發(fā)現(xiàn)，含有銅和氧層的復(fù)雜化合物可以在133K（零下140.15 攝氏度）的溫度下實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)。

所以說在這么多年的時間中，無數(shù)的科學(xué)家、科學(xué)團(tuán)隊都前仆后繼的做著研究，因?yàn)槌瑢?dǎo)體的電阻為零和抗磁性這兩個神奇的特點(diǎn)的用處實(shí)在太大了。之所以這么的狂熱，也是因?yàn)槭覝爻瑢?dǎo)被認(rèn)為可以引領(lǐng)下一輪工業(yè)革命，能夠徹底顛覆人們的日常生活。

超導(dǎo)技術(shù)帶來的變化?

磁共振成像（MRI）：MRI是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域最常用的成像技術(shù)之一，它可以非常真實(shí)地呈現(xiàn)人體內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)。MRI需要一個強(qiáng)磁場，而超導(dǎo)電磁體就是MRI使用的強(qiáng)磁場。

加速器：超導(dǎo)磁體和超導(dǎo)導(dǎo)線在加速器的設(shè)計中發(fā)揮著重要的作用。超導(dǎo)電磁鐵可以產(chǎn)生極強(qiáng)的磁場，用于驅(qū)動粒子所需的快速運(yùn)動。

能源輸電：超導(dǎo)材料的使用可以實(shí)現(xiàn)高效的能源輸電。由于超導(dǎo)電線不會產(chǎn)生電阻，不會損耗能量，因此它可以將電能輸送到更遠(yuǎn)距離，節(jié)約耗損的能量，降低能源運(yùn)輸?shù)某杀?，提高能源傳輸?shù)男省?/p>

飛行器：超導(dǎo)技術(shù)也可以應(yīng)用在飛行器的設(shè)計中。由于超導(dǎo)材料可以在非常低的溫度下運(yùn)作，可以用來制造極為輕便的飛行器和發(fā)電機(jī)，使其具有更高的速度和機(jī)動性。