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西尔斯比效应

西尔斯比效应（英語：Silsbee effect），或西尔斯比定则（Silsbee rule），是弗朗西斯·B·西尔斯比（Francis B. Silsbee）在1916年发表的一个关于超导的结论[1]：对于第一类超导体，超导临界电流在超导体表面产生的磁场强度等于超导临界磁场[2]。大于临界值的磁场会破坏超导态；大于临界值的电流也会破坏超导体的超导状态。临界电流的大小取决于材料的种类以及几何形状（对于截面半径为1毫米的导线，临界电流可达100安培）[3]。

导线中的西尔斯比效应

 
临界半径   关于温度的函数图像。

邁斯納效應效应的研究中发现，对超导体施加过强的磁场会破坏超导态；能够施加的最大磁场被称作超导临界磁场  。实验中测得超导临界磁场与温度有如下关系[4]：

 

其中   表示绝对零度时的临界磁场。

根据西尔斯比定则，临界磁场的大小等于临界电流所产生的磁场大小，即  （安培定律）。因此，导线截面的临界半径为

 

如右图所示，若电流为定值，升温会导致临界半径也随之增大，需要截面半径更大的导线维持超导状态[注 1]。

CGS制下的临界电流密度可以表示为：

 

其中   表示超导体的表面厚度。代入   = 500 Oe 和   = 500 Å 可得大约 108 A/cm2 数量级的电流密度[4]。

参见

注释

  1. ^ 结论仅适用于第一类超导体；在第二类超导体中，超导电流可以通过涡旋的形式存在于超导体内部，而第一类超导体的超导电流必须存在于外部表面。

参考资料

  1. ^ Silsbee, Francis B. A note on electrical conduction in metals at low temperatures. Journal of the Washington Academy of Sciences. 1916, 6 (17): 597–602 [2018-05-01]. （原始内容存档于2020-06-04）. 
  2. ^ A.A. Abrikosov; Beknazarov. Fundamentals of the theory of metals. Amsterdam: North-Holland. 1988: 316 [2018-01-19]. ISBN 0444870946. （原始内容存档于2019-05-02）. 
  3. ^ Mermin, Neil W. Ashcroft, N. David. Solid state physics 27. repr. New York: Holt, Rinehart and Winston. 1977: 730. ISBN 0030839939. 
  4. ^ 4.0 4.1 Tinkham, Michael. Introduction to superconductivity 2nd ed. Mineola, NY: Dover Publications. 2004. ISBN 0486435032. 
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