超導材料具有絕對零電阻、完全抗磁性和宏觀量子隧穿效應的特殊性質，因此具有重要的科學和應用價值。

什麼是超導體？

超導是材料內部電子的一種宏觀熱力學相變，超導體具有兩種彼此獨立的基本介質：絕對零電阻和完全抗磁性。

電阻為零意味著電阻完全消失，容易被大家理解。那什麼是完全抗磁性呢？

物理學上通常將材料的磁性分為順磁性、抗磁性和鐵磁性等。鐵磁性材料是把材料放到磁場中或降到某一溫度以下，材料被磁化，產生較強的磁場且材料具有明確的磁極，比如含鐵鈷鎳等元素的一些材料，磁化后的材料可以保留鐵磁性。順磁性材料是把材料放到磁場中，材料被磁化產生一個較小的磁場，方向與原磁場相同，大小與原磁場成正比，但撤銷外磁場后就會消失。而抗磁性材料是把材料放到磁場中，材料內部產生的磁場與原磁場方向相反，反而會減弱總磁場。一般來說，鐵磁性材料放到磁場中會被原磁場吸引，而抗磁性材料會被原磁場排斥。

但很多情況下人們都忽略材料的抗磁性，因為在磁場不是很強的時候，基本觀察不到材料的抗磁性。准確來說，真空的磁化率是1，代表與原磁場一致。普通抗磁性材料的磁化率為負值，但非常接近0，比如水、部分有機物、少量金屬等都是普通抗磁性材料。但超導體的磁化率是-1，達到了抗磁性的最大值，與普通抗磁性材料顯著不同，是100%的抗磁性。磁通線可以穿過普通抗磁性材料，但卻不能穿過處於完全抗磁狀態下的超導體（這也被稱為邁斯納效應）。即使在特定溫度和磁場下，磁通線可以部分穿透超導體，也會產生很強的磁通釘扎效應。因此，超導體會非常強烈地排斥外磁場，且能牢牢束縛住磁通線，而普通抗磁性材料只是輕微的排斥外磁場。

區分真假超導體，磁鐵下方有答案

這裡可以告訴大家一個非常簡單的方法來區分普通抗磁性材料的懸浮和超導體的懸浮，那就是把材料放到磁鐵的下方，看其會不會在磁鐵的下方懸浮。能夠實現磁懸浮的超導體，不僅可以在磁鐵的上方浮起來，也可以在磁鐵的下方懸挂住。因為磁通線實際上部分穿入了超導體內部，又部分被超導體強烈排斥，而且超導電子可以把磁通線牢牢鎖住，產生很強的作用力，所以無論是浮還是懸，都足以克服重力。但普通抗磁性材料卻根本不能在磁鐵的下方懸浮，因為這類材料抗磁性很弱，絕大部分磁通線可以穿透材料且沒有很強的作用力，在磁鐵上方可以借助微小的抗磁斥力而懸浮。如放到磁鐵下方，普通抗磁性材料會掉下去。

“磁懸浮小青蛙”誕生記

關於抗磁性，這裡介紹一件趣事。現任英國曼徹斯特大學教授的安德烈.蓋姆是世界上第一個同時獲得諾貝爾物理學獎和搞笑諾貝爾物理學獎的學者。其2010年獲得諾貝爾獎物理學獎的實驗是發現了石墨烯，其獲得2000年搞笑諾貝爾物理學獎則是由於做了一個懸浮青蛙的實驗。他將一隻青蛙放在了16T的強磁場中，青蛙在磁場中實現了懸浮，因為青蛙是含大量水的有機物，具有一定的抗磁性。實際上不僅僅是青蛙，由於16T的磁場實在是太強了，直接滴一滴水在磁場中也能懸浮。

審核 ：中科院物理研究所研究員羅會仟

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