邁斯納效應（英文：Meissner Effect）是指，當材料通過冷卻到其臨界溫度而轉變為超導狀態時，如果施加外部磁場，在此過程中會從超導體中排出磁場。
這種不尋常的現象是由，德國物理學家瓦爾特·邁斯納 (Walther Meissner) 和羅伯特·奧克森菲爾德 (Robert Ochsenfeld) ，于1933年在測量超導錫和鉛樣品外部的磁場分布時首次觀察到的。
內部幾乎沒有磁場或沒有磁場的超導體被認為處于邁斯納狀態。當施加的磁場太強時，邁斯納狀態就會崩潰。根據擊穿發生的方式，超導體可以分為兩類，即I型和II型超導體。
簡史
自1911年荷蘭物理學家海克·昂內斯（Heike Kamerlingh Onnes）發現超導以來，超導一直是物理學家和工程師研究的重要領域。1933年，瓦爾特·邁斯納 (Walther Meissner) 和羅伯特·奧克森菲爾德 (Robert Ochsenfeld) 發現，當材料冷卻到臨界溫度以下并成為超導體時，他們會排除磁通量；這些材料變得抗磁性。他們發現，當物質在磁場存在下冷卻到其臨界溫度以下時，以及在冷卻后施加磁場時，都會發生這種情況。這種現象（或一對現象）稱為邁斯納效應，有時也稱為邁斯納-奧克森菲爾德效應（Measure 電壓 drop in superconductor）。
相關概念
超導和超導體
超導是一種以冷卻到臨界溫度以下的各種材料中電阻率消失為特征的現象，這一現象，由荷蘭物理學家海克·昂內斯（Heike Kamerlingh Onnes）于1911 年發現。
超導體，是一種當材料冷卻到其臨界溫度以下時沒有電阻的材料。當所有電阻消失時，超導體就成為完美的抗磁性材料。超導體汞在極低溫度下（絕對零度273.15℃以上幾度），其電阻消失，呈現超導狀態，即汞的超導特性。
發現
當超導體冷卻到臨界溫度以下時，它們會排出磁場并且不允許磁場滲透到其內部。超導體中的這種現象稱為邁斯納效應。這種現象是由德國物理學家，瓦爾特·邁斯納 (Walther Meissner) 和羅伯特·奧克森菲爾德 (Robert Ochsenfeld)，于1933年發現的。在一次實驗中，他們測量了超導錫和鉛樣品外部的磁場。他們觀察到，當樣品在外部磁場存在的情況下冷卻到轉變（臨界）溫度以下時，樣品外部的磁場值會增加。樣品外部磁場的增加代表磁場從樣品內部的排出。該現象表明，在超導狀態下，樣品會排斥外部磁場。
倫敦穿透深度
當超導體置于弱外部磁場H中時，磁場僅穿透超導體一段短距離λ，稱為倫敦穿透深度，之后它迅速衰減至零。這稱為邁斯納效應，是超導性的一個決定性特征。對于大多數超導體，倫敦穿透深度約為100nm。
邁斯納效應有時會與人們所期望的完美電導體中的抗磁性相混淆：根據楞次定律，當變化的磁場施加到導體上時，它將在導體中感應出電流，從而產生相反的磁力。在完美導體中，可以感應出任意大的電流，并且產生的磁場恰好抵消了施加的磁場。
邁斯納效應與此不同，因為超導體會排斥所有磁場，而不僅僅是那些正在變化的磁場。假設我們有一種處于正常狀態的材料，包含恒定的內部磁場，當材料冷卻到臨界溫度以下時，我們會觀察到內部磁場的突然排出。
弗里茨·倫敦 (Fritz London) 和海因茨·倫敦 (Heinz London) 兄弟解釋了邁斯納效應，他們表明，只要超導體中的 電磁自由能最小化，這個方程被稱為倫敦方程，它預測超導體中的磁場從其表面的任何值開始呈指數衰減。
邁斯納效應的理論解釋之一來自倫敦方程，它表明，磁場在超導體內部20-40nm的距離內呈指數衰減。
解釋
邁斯納效應并不總是被觀察到。當外部磁場非常強時，材料可能無法進入超導狀態，因此不會發生邁斯納效應。而且，當所施加的磁場具有中等強度時，這種現象可能僅部分發生，內部磁場減小但未完全排出。所討論的特定超導體、其形狀、尺寸和雜質的存在都是影響邁斯納效應程度的因素。通過將四氧化三鐵放在超導材料上，使磁鐵懸浮，可以從視覺上證明邁斯納效應。
相關現象
材料成為超導體的狀態稱為邁斯納狀態（Meissner State）。當磁場進一步增加到指定值時，材料的行為就像普通導體一樣，邁斯納狀態被打破。這個指定的磁場值稱為臨界磁場。
當磁場（外部磁場或由電流流動的超導體本身產生）增加超過一定值并且樣品開始表現得像普通導體時，這種邁斯納狀態就會被打破。
臨界溫度
超導體恢復到正常狀態的一定磁場值稱為臨界磁場。臨界磁場的值取決于溫度。當低于臨界溫度的溫度降低時，臨界磁場的值增加。下圖顯示了臨界磁場隨溫度的變化。
I型和II型超導體
當施加的磁場太大時，邁斯納效應就會被打破。根據擊穿發生的方式，超導體可以分為兩類：
混合態邁斯納效應
在II型超導體中，磁場并未被完全排除，而是被限制在材料內的細絲中。這些細絲處于正常狀態，被超電流包圍，處于所謂的渦流狀態，此類材料可以承受更高的外部磁場并保持超導性。
完美抗磁性
高于臨界溫度，當施加磁場時，超導體不會產生顯著影響，因為磁場能夠不受阻礙地穿過超導體。如果超導體低于其臨界溫度，所施加的磁場將從超導體內部排出并在其周圍彎曲。這些磁場被排出，因為在磁場的影響下，無阻力流動的表面電流發展為在超導體內產生磁化。這種磁化強度與磁場大小相等且方向相反，從而抵消了超導體內各處的磁場。這導致超導體的磁化率為-1，這意味著它表現出完美的抗磁性。
超導體內部對零磁場的約束不同于其零電阻所產生的完美抗磁性。零電阻意味著如果你試圖磁化超導體，將會產生電流回路以完全抵消施加的磁場（楞次定律）。但是，如果材料在通過超導轉變冷卻時已經具有穩定的磁場，則預計磁場將保持不變。如果施加的磁場沒有變化，即使在完美的導體中，也不會產生驅動電流的電壓（法拉第定律）。因此，必須將主動排除磁場視為與零電阻不同的效果。AII 型材料會出現混合態邁斯納效應。
如果導體已經具有穩定的磁場，然后通過過渡到零電阻狀態而被冷卻，成為完美的抗磁體，則磁場將有望保持不變。值得注意的是，超導體的磁性行為與完美的抗磁性不同。當它相變到超導狀態時，它將主動排除任何存在的磁場。
導體將抵抗外部施加的磁場的任何變化。將感應出循環電流以抵抗導體中磁場的積聚（楞次定律）。在固體材料中，這稱為抗磁性，完美的導體將是完美的抗磁性。也就是說，其中的感應電流不會遇到任何阻力，因此它們將持續存在完美抵消外部場變化所需的任何大小。這導致超導體的磁化率為-1，這意味著它表現出完美的抗磁性。
雖然許多材料表現出少量的抗磁性，但超導體卻具有很強的抗磁性。由于抗磁體具有與任何施加的磁場相反的磁化強度，因此超導體會被磁場排斥。當磁體放置在超導體上方時，這種排斥力可能比重力更強，從而使磁體懸浮在超導體上方。這不是一個完全穩定的配置，使磁體在嘗試調整其磁極方向時可以在超導體上方自由旋轉。如果磁場被移除或超導體升至臨界溫度以上，表面電流和磁化強度就會消失，磁體將不再懸浮。
原理
產生邁斯納效應的原因是：當超導體處于超導態時，在磁場作用下，表面產生一個無損耗感應電流。這個電流產生的磁場恰恰與外加磁場大小相等、方向相反，因而在深入超導區域總合成磁場為零。換句話說，這個無損耗感應電流對外加磁場起著屏蔽作用，因此稱它為抗磁性屏蔽電流。
因為對于電阻率ρ無限小的理想導體，根據歐姆定律E=ρJ，若ρ=0，則由麥克斯韋方程組▽×E=-δB/δt=0，由此可知在加磁場前后理想導體體內磁感應強度不發生變化，即B=C≠0，C為加入磁場前導體體內的磁感應強度。而超導體的邁斯納效應要求深入超導區B=0。
超導理論
邁斯納效應的發現使得弗里茨·倫敦與海因茨·倫敦于1935年得出超導的現象理論。這套理論解釋了無電阻運輸與邁斯納效應，并提供了早期的超導預測。然而，該理論僅解釋了實驗觀察結果，無法識別超導特性的微觀起源。1957年BCS理論成功地做到了這一點，由此產生了穿透深度和邁斯納效應。然而，一些物理學家認為BCS理論并不能解釋邁斯納效應。
現時邁斯納效應的理論，包括現象的倫敦理論、微觀的BCS理論以及經典電動力學，明顯離完整還有相當距離。問題在于描述電動勢的法拉第電磁感應定律，在邁斯納效應的靜止條件下等于零，而現時的理論并沒有提出其他電力來加速電子，直至電子達至倫敦方程所描述的超電流穩定態。很明顯地，這樣的加速對宏觀的觀測者而言不可能是瞬時的，因為會破壞因果原理。這個問題在有暫態超電流的系統內進行過分析這個模型是基于把庫珀對當成零自旋的玻色子處理，結果在漸近時與倫敦方程一致。但是，解決問題還需要對詹姆斯·麥克斯韋勞倫茲電動力學作出一些有疑義的延伸。
希格斯機制的范例
邁斯納效應是自發對稱破缺的結果，是安德森-希格斯機制的一種表現形式。
超導體的邁斯納效應可用作規范場的質量M（即倒數范圍，，其中h為普朗克常數，c為光速）生成機制的重要范例。實際上，這個類似是希格斯機制的一個可交換例子。在高能物理中，電弱規范粒子W±及Z的質量，正是通過希格斯機制所生成的。長度跟超導理論的“倫敦穿透深度”是一樣的。
應用領域
邁斯納效應在超導體的超導領域應用具有重要影響，例如磁共振成像 (MRI) 和粒子加速器。MRI 機器使用強磁場來創建人體內部結構的圖像，邁斯納效應允許使用液氦冷卻磁體，從而減少其能耗并提高其穩定性。在粒子加速器中，超導磁體用于引導和聚焦粒子束，使它們能夠達到極高的能量。磁懸浮是子彈頭列車和超級高鐵的主要概念，也是在邁斯納效應的幫助下被發現的。下面列出了邁斯納效應的一些應用：
參考資料 >
科學家以原子尺度研究超導體中庫珀對，有助探索量子材料-今日頭條.澎湃新聞官方賬號.2023-07-30
邁斯納效應 - 印度理工學院.Unacademy.2023-07-31
邁斯納效應| 物理實驗室.PhysLab | Physics for a change.2023-08-01
Meissner effect for superconductors.謝里夫理工大學.2023-08-01
72.10 -- 邁斯納效應.加州大學圣巴巴拉分校.2023-07-30
Walther Meissner - Magnet Academy.美國國家磁力實驗室.2023-07-30
邁斯納效應及其應用| 邁斯納效應 電氣4U.電氣4U.2023-07-31
Superconductivity.chemeurope.2023-07-31
Meissner effect for superconductors.HyperPhysics Concepts.2023-07-31
Meissner Effect - Engineering LibreTexts.Engineering LibreTexts.2023-07-31
邁斯納效應 - 技術文庫 - 電子標準網.電子標準網.2023-08-01
延遲動量和自旋在解釋邁斯納效應和其他電動力學現象中的作用.Wayback Machine.2023-08-02
趙忠賢：超導——一個充滿挑戰與發現的領域.澎湃新聞.2023-08-01
(PDF) 非相對論引力源引起的諧波坐標中的引力電磁場的超導邁斯納效應.researchgate.2023-08-02
The Fascinating Properties of Superconductors in Magnetic Fields .intermag2020.com.2023-08-02