迈斯纳效应：超导体排出磁场时发生了什么

超导体有两个标志性特征：电阻在临界温度以下突然消失，以及磁场被完全排出体外。前者在1911年被发现，后者要等到1933年才被确认。两者并不等价，因为电阻为零只意味着电流不衰减，一个电阻为零的导体完全可以保留它降温前已经拥有的内部磁场。磁场被主动排出，说明超导态本身排斥磁力线。这一步区分了超导与理想导体，也奠定了后来的磁悬浮设想。

排斥靠的是表面电流。外磁场靠近时，超导体表层会感应出一层无损耗的电流，这层电流产生的磁场在内部正好抵消外场。磁场并非在表面骤然归零，而是按指数规律衰减，衰减长度称为伦敦穿透深度，典型值在几十到几百纳米之间。正因为屏蔽层这么薄，超导薄膜对微弱磁场的响应格外灵敏。屏蔽电流只在表面流动，不产生焦耳热。

超导体分两类，行为差别很大。第一类在低于临界场时把磁场完全排出，超过临界场就整体失去超导；第二类允许磁场以细丝状通道穿入，每条通道携带一个磁通量子，通道周围仍有环流。第二类的上临界场可以高很多，铌钛、铌三锡这类实用材料都属于第二类，这也是超导磁体能在强磁场下工作的原因。涡旋的钉扎强度，直接决定材料能承载多大电流。

应用几乎都建立在强磁场与无损耗电流上。核磁共振成像依赖超导线圈产生稳定的强磁场，粒子加速器用超导二极磁体把束流弯成环形，磁悬浮列车靠超导线圈与轨道线圈之间的排斥或吸引悬浮。这些装置多数要泡在液氦里，或者用制冷机维持在低温，制冷成本往往比材料本身更值得算计。液氦温度约4开尔文，任何一点漏热都会让它迅速蒸发。

常见的误解是以为超导就是电阻为零，其实完全排磁是独立性质，两者共同定义了超导态。另一个误解是认为超导一旦形成就万无一失，磁场、电流、温度任何一项超过临界值都会让它失超，能量瞬间转成热，可能烧毁磁体。工程上的难点不在于做出超导，而在于让它在极端条件下稳定待着。失超保护要在毫秒内把能量引走。