何謂超導科技

何謂超導科技

分類：馬路消息

一般而言，超導態具有「零電阻」與「完全反磁性」兩種現象。

零電阻

超導現象最重要的就是零電阻，即完全沒有電阻，因此，電流不會有所損耗，而成為永久電流。一般的導體，電阻是因原子熱振動或晶格缺陷等阻礙電流流動所造成；但在超導狀態下，自旋相反的成對電子組成古柏偶對（Cooper pair），這種成對電子在傳導時不受晶格中離子的妨礙，因此形成零電阻現象。

完全反磁性

超導體的內部磁通量為零，磁力線無法進入超導體，這個性質又稱為「麥士那效應（Meissner effect）」。這種現象產生的過程是：

當超導體放入磁場中時，超導體和一般導體一樣會產生感應電流，而超導體的電阻為零，因此只要磁場存在，電流就能一直流動，此電流即為「屏蔽電流」。屏蔽電流在超導體周圍產生與外部磁場方向相反的磁場，因而阻擋外部磁場進入。

磁浮現象即是由這個原理產生的，可應用在磁浮火車上。

目前低溫超導材料的應用，大致有「線材或帶材」與「薄膜」兩大類。

線材或帶材：自一九五○至六○年代低溫超導 Nb-Ti 合金與 Nb₃Sn 金屬化合物發現以來，已有許多應用，主要是利用超導零電阻現象產生超高磁場及傳輸電流。例如核磁共振掃描（magnetic resonance image, MRI）及核磁共振（nuclear magnetic resonance, NMR），即是使用超導線圈所製成的超強磁鐵，由於所產生的磁場比一般電磁鐵更強且穩定，因此可以提高診斷及量測的精密度。日本已研發超過三十年的超導磁浮列車所用的超強磁鐵，就是使用低溫超導線材所製作的超導線圈。

薄膜：超導電子對可以穿隧大約奈米厚絕緣層的現象，就是所謂的「約瑟芬穿隧效應（Josephson Tunneling）」。用超導薄膜可以將約瑟芬穿隧效應應用在各類電子或磁性感測元件上，例如超導量子干涉磁量儀（superconducting quantum interference device, SQUID）就是一種能夠偵測極低磁場的感測器，由具有兩個約瑟芬接點超導電流環組成。上述被二個奈米厚的絕緣層所隔開的超導環，當外界磁場變化時，磁力線會穿過絕緣層進入超導環之中，並會對超導環感應產生整數倍的超導電子對，因為電子對的電量與磁通量均極小，所以超導量子干涉磁量儀是能夠偵測極低磁場的感測器。超導量子干涉磁量儀目前已經廣泛用在研究室中，以量測材料的磁性，也用來探測地下礦物資源。在生物醫學上的應用亦正積極研發中，特別是腦磁計，可分析腦神經的傳輸與反應，甚至思考過程。