[科普中國]-完全抗磁性

完全抗磁性是指磁場中的金屬處于超導(dǎo)狀態(tài)時(shí)，體內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零的現(xiàn)象。這一現(xiàn)象由德國科學(xué)家邁斯納發(fā)現(xiàn)，因此又稱為邁斯納效應(yīng)。超導(dǎo)體還是完全的抗磁體,外加磁場無法進(jìn)入或(嚴(yán)格說是)大范圍地存在于超導(dǎo)體內(nèi)部,這是超導(dǎo)體的另一個(gè)基本特性。

概念完全抗磁性是指磁場中的金屬處于超導(dǎo)狀態(tài)時(shí)，體內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零的現(xiàn)象。這一現(xiàn)象由德國科學(xué)家邁斯納發(fā)現(xiàn)，因此又稱為邁斯納效應(yīng)。超導(dǎo)體還是完全的抗磁體，外加磁場無法進(jìn)入或(嚴(yán)格說是)大范圍地存在于超導(dǎo)體內(nèi)部，這是超導(dǎo)體的另一個(gè)基本特性。

發(fā)展歷史完全抗磁性是指磁場中的金屬處于超導(dǎo)狀態(tài)時(shí)，體內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零的現(xiàn)象。這一現(xiàn)象是德國科學(xué)家邁斯納發(fā)現(xiàn)的，因此又稱為邁斯納效應(yīng)。他在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，放在磁場中的球形的錫在過渡到超導(dǎo)態(tài)的時(shí)候，錫球周圍的磁場都突然發(fā)生了變化，磁力線似乎一下子被排斥到導(dǎo)體之外。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，原來超導(dǎo)體表面能夠產(chǎn)生一個(gè)無損耗的抗磁超導(dǎo)電流，這一電流產(chǎn)生的磁場，恰巧抵消了超導(dǎo)體內(nèi)部的磁場。

理論詮釋一切物質(zhì)都具有磁性，任何空間都存在磁場，只是強(qiáng)弱不同而已。磁化率k是材料的磁化強(qiáng)度M與外磁場強(qiáng)度H的比值。它的大小反映了物質(zhì)磁化的難易程度，也是對物質(zhì)磁性分類的主要依據(jù)。

物體的磁化強(qiáng)度M與磁場強(qiáng)度H的方向相反。從M=kH的關(guān)系來看，磁化率k是負(fù)的，原子磁化率的數(shù)量級約為10－5—10－6eMu。

抗磁性的本質(zhì)是電磁感應(yīng)定律的反映。外加磁場使電子軌道動(dòng)量矩發(fā)生變化，從而產(chǎn)生了一個(gè)附加磁矩，磁矩的方向與外磁場方向相反。在磁場作用下，電子圍繞原子核的運(yùn)動(dòng)是和沒有磁場時(shí)的運(yùn)動(dòng)一樣，但同時(shí)疊加了一項(xiàng)軌道平面繞磁場方向的進(jìn)動(dòng)，即拉莫爾進(jìn)動(dòng)。

大多數(shù)物質(zhì)的抗磁性被其順磁性所掩蓋，只有一小部分物質(zhì)表現(xiàn)出抗磁性。惰性氣體原子表現(xiàn)出的抗磁性可直接測量。一些離子的抗磁性只能從其他測量結(jié)果中推算得到。這些物質(zhì)的k抗的絕對值與原子序數(shù)Z成正比，并與外層電子的軌道半徑的平方成正比，與溫度的變化無關(guān)，稱為正?？勾判?。少數(shù)材料（如Bi，Sb）的k抗比較大（可達(dá)10－4—10－3量級），隨溫度上升變化較快，稱為反常抗磁性。早年曾用Bi做測量磁場的傳感器材料。金屬中自由電子也具有抗磁性，并與溫度無關(guān)，稱朗道抗磁性。但因其絕對值為其順磁性的1/3，始終被掩蓋不易測量。在特殊條件下，金屬的抗磁性隨磁場的變化有振蕩特征，稱為德哈斯－范阿爾文效應(yīng)，是費(fèi)米面測量的重要方法。超導(dǎo)體中有超導(dǎo)電流時(shí)，存在邁斯納效應(yīng)時(shí)具有很強(qiáng)的抗磁性，其抗磁磁導(dǎo)率為－4π。

抗磁性抗磁性是指一種弱磁性。組成物質(zhì)的原子中，運(yùn)動(dòng)的電子在磁場中受電磁感應(yīng)而表現(xiàn)出的屬性。外加磁場使電子軌道動(dòng)量矩繞磁場進(jìn)動(dòng)，產(chǎn)生與磁場方向相反的附加磁矩，故磁化率k抗為很小的負(fù)值（10－5—10－6量級）。因此，所有物質(zhì)都具有抗磁性1。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

石季英 - 副教授 - 天津大學(xué)