I类超导体超导态无电压时电流方向的决定因素

嘿，这个问题戳中了超导最反直觉的点之一——毕竟咱们日常电路里，电流方向全靠电压差“指挥”，但超导里没电压还能稳流，这方向到底是谁定的？我来给你掰扯清楚：

• 初始外部条件是“方向启动键”
  超导态的持续电流，方向其实是在超导转变前后的外部驱动里敲定的：

  • 要么是在材料温度高于临界温度Tc时，先给它通个电流（靠电压驱动），然后把温度降到Tc以下让它进入超导态——这时候原来的电流方向会被完整保留，因为超导内部没电阻，电流根本不会衰减；
  • 要么是直接在超导态下，用变化的磁场穿过超导体，根据楞次定律，超导体内会感应出用来抵消外磁场变化的电流，这个电流的方向完全由外磁场的变化趋势决定（比如磁场增强时，感应电流会产生反向磁场来“阻碍”它）。

• 宏观量子相干态是“方向锁”
  超导的本质是大量库珀对形成了一个宏观量子相干态——你可以把它想象成一群步调绝对一致的舞者，整个群体有一个统一的“相位”。超导电流的方向，其实和这个相位在空间里的变化梯度直接相关：相位沿着某个方向均匀变化，库珀对就会集体朝着那个方向运动。而这个相位梯度的方向，一旦被初始的外部条件设定好，只要超导态没被破坏（比如没升温到Tc以上、没加太强的磁场），就会一直保持下去，电流方向自然也不会乱变。

• 针对你提到的“先施加电压形成库珀...”的补充：
  要是在超导态下短时间施加电压，本质是给这个宏观量子相干态的相位“施加了一个扰动”，相当于给库珀对的集体运动一个初始的方向。等你去掉电压后，因为没有电阻消耗能量，这个方向的电流会一直持续流动下去。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者untreated_paramediensis_karnik