神奇的超导体，奇在哪里
陈仙辉，中国科学院院士，深耕超导领域30余年。长期以来他一直坚持新型非常规超导体的探索及超导和强关联物理的研究，在非常规超导体和功能材料的探索及其物理研究方面，取得了一系列有国际影响力的重要成果，发现了铁基超导体、有机超导体等一系列新型超导体，取得了系统性和创新性成果，是国际上该领域有重要影响的科学家之一。
在电影《阿凡达》中，那一座又一座悬浮在云端的哈利路亚山，让人惊叹不已，究竟是什么神秘的力量能够悬空“托起”这一座座大山呢？是因为山中蕴藏着一种神奇的室温超导矿石，它借助强大磁场悬空托起了哈利路亚山。那么，究竟什么是超导材料？它为何拥有如此强大的磁悬浮力量？
超导有哪些特性
超导是一种特殊的物理现象。普通的导体可以导电，但是因为有电阻存在，所以会发热，电流损耗比较大。然而，科学家发现，在极低的温度下，普通导体的电阻竟然会离奇消失，导电时不仅没有损耗，还拥有了一系列不可思议的特性，变成了一种神奇的材料——超导体。那么超导是怎么被发现的呢？它有哪些令人惊叹的特性呢？1896年科学家詹姆斯·杜瓦液化了空气，空气的液化主要就是氮气的液化，氮从气态变成液态以后就达到了77K（开氏温度，即热力学温度），开氏温度（K）=摄氏度（C）+273.15，77K接近于零下200摄氏度。在零下200摄氏度一个物质状态如何，这是我们一直想知道的。杜瓦把温度降到77K以后，他测量了水银的电阻，但是非常遗憾，他并没有看到电阻趋近于0，而是有一个有限值。13年以后荷兰科学家卡默林·昂尼斯实现了最后一个气体的液化，也就是氦气，氦气的液化温度达到4.2K。非常神奇，在接近4.2K的时候，汞也就是水银的电阻突然消失了。卡默林·昂尼斯敏锐地感觉到这是进入了一个新的物理状态，而这个物理状态他就把它称作为超导态，这就有了超导的概念。
安德森和罗尼尔在1962年用超导体做了一个线圈通以电流，然后把电源切断，电流持续地在里面运行。然后测量它周围产生的磁场，发现它的电流没有任何衰减。这就证明超导电阻是零，这是超导的第一个特性。超导还有另外一个特性就是完全抗磁性。1933年两个科学家——迈斯纳和奥切森菲尔德在研究一个超导体锡（超导温度3.7K的超导体）的时候，发现它在磁场里面是不被穿透的。在超导体发现之前，人们对磁场的认识就是任何物体，包括人体在内的生命体都能被磁场穿透，但是超导体处在超导态的时候，它里面的磁感应强度始终为0。磁场是不穿透超导体的，这是它的第二个特性。从科学意义上来讲，完全抗磁性比零电阻对于超导体来讲，是更基本的一个物理性质。
超导还有另外一个神奇的性质，就是磁通量子化。超导体的磁通量子化是实现磁悬浮的基础之一。这究竟是一种什么神奇的特性呢？简单来说，虽然超导体有完全抗磁性，但是，当超导体存在杂质等缺陷，而外界磁场大到一定程度时，少量磁场就会进入超导内部，出现并被固定在缺陷附近，像被钉子钉住一样，这被称为“磁通钉扎”。在这种状态下，超导体就能与外界磁场形成一种稳定相互作用，悬浮起来。“钉扎效应”在超导磁悬浮的设计和应用中起到重要作用。通过控制外部磁场的强度和超导材料的特性，就可以使得超导磁悬浮具有很好的稳定性和抗扰动能力，从而实现更高性能和更可靠的磁悬浮系统。
超导里面有两个关键的因素，第一个就是要发生超导，需要两个电子形成一对库珀对；第二个就是库珀对之间要发生相干。1992年李政道和著名漫画家华君武有一次对话，华君武问李政道，你们讲的超导是怎么回事？李政道讲，超导就是要配对，还要相干。然后华君武就画了一幅画。两个蜜蜂配对以后，就在天上飞，而单个的蜜蜂就在碳60球上爬，因为它不超导，不超流（没有超导电流），但是相干怎么表现？两个蜜蜂的翅膀的朝向完全一样，表现它的相位相同，来实现相干。华君武还写了一句话：“双结生翅成超导，单行苦奔遇阻力。”准确地描绘了超导的这样一幅场景。
