Интерактивная визуализация эффекта Мейснера: магнитная левитация сверхпроводника, вытеснение магнитного потока, экранирующие токи и пиннинг магнитного потока в сверхпроводниках второго рода
Открытый Вальтером Мейснером и Робертом Охсенфельдом в 1933 году, эффект Мейснера заключается в вытеснении магнитного потока из сверхпроводника при охлаждении ниже критической температуры Tc. В отличие от идеального проводника, сверхпроводник активно вытесняет все внутренние магнитные поля — это термодинамический фазовый переход, а не просто нулевое сопротивление. Внутри сверхпроводника B = 0 (в состоянии Мейснера), а поверхностные экранирующие токи протекают в тонком слое лондоновской глубины проникновения, создавая встречное поле. Это делает сверхпроводник идеальным диамагнетиком (χ = −1), обеспечивая магнитную левитацию.
Сила левитации возникает из взаимодействия между полем постоянного магнита и диамагнитным откликом сверхпроводника. Метод изображений даёт отталкивающую силу, как если бы под поверхностью существовал зеркальный диполь. Температурно-зависимый параметр порядка Δ(T) ∝ (1 − (T/Tc)²)^(1/2) модулирует силу экранирующего тока и глубину проникновения λ(T) = λ₀/√(1 − (T/Tc)⁴).
Сверхпроводники второго рода, такие как YBCO, имеют два критических поля Hc1 и Hc2. Между ними магнитный поток проникает в виде квантованных вихрей (Φ₀ = h/2e ≈ 2,07×10⁻¹⁵ Вб). Эти вихри закрепляются на кристаллических дефектах, создавая квантовую блокировку — сверхпроводник фиксируется в положении и может левитировать под любым углом, даже вверх ногами.
Начните с пресета YBCO. Основной холст показывает линии магнитного поля, огибающие сверхпроводник. Перетащите температуру от 300K до 77K, чтобы наблюдать фазовый переход — линии поля вытесняются по мере перехода материала в сверхпроводящее состояние. Увеличьте магнитное поле для более сильной левитации. Настройте пиннинг потока для моделирования поведения сверхпроводника второго рода: нулевой пиннинг допускает свободное скольжение, максимальный пиннинг фиксирует сверхпроводник на месте. T-B фазовая диаграмма показывает текущую рабочую точку относительно критических кривых.