超导小时代之九金钟罩铁布衫.PDFVIP

超导“小时代” 2016 －05 －05 收到 超导“小时代”之九 † email ：hqluo@ DOI：10.7693/w 金钟罩、铁布衫 罗会仟† (中国科学院物理研究所 北京 100190) 天下武功，无坚不摧，唯快不破。 ——金庸 《笑傲江湖》 在金庸的武侠世界里，各大门 但随后12 年漫长的攻读博士期间， 性，外磁场越强，顺磁强度就越 派风起云涌，江湖大侠层出不穷， 他主要是在研究物质的磁性问题。 大。然而，细心的朗之万发现除了 武功路数高低难分。总结来说，武 居里发现物质对外磁场的相对响应 顺磁性之外，几乎所有的材料还应 功无外乎 “攻”、“防”二字，面对 ——磁化率和温度成反比关系，由 该同时具有 “防御”外磁场的能力 敌方气势汹汹来袭，既可选择主动 此被命名为 “居里定律”。后来皮埃 ——称之为 “抗磁性”。这是因为外 出击挫其锐气，亦可选择被动防御 尔·外斯发现在大部分材料里，这个 磁场会让原子内部电子发生额外的 无懈可击。攻者有如华山剑宗的独 反比关系应该在某个特定温度以上才 进动，电子因运动产生的轨道磁矩 孤九剑，讲究快、变、狠；又如逍 会出现，于是在分母中减去了一个居 会被削弱，原子整体产生一个和外 遥派的北冥神功，瞬间化去对手内 里温度项，这个定律便改名为 “居 磁场相反的磁矩变化，即每个原子 力。守者有如凌波微步和乾坤大挪 里—外斯定律”。这二位的研究告诉 本身就会 “抗拒”外磁场，而且这 移，巧妙躲避或化解敌方攻击，又 我们，对于大部分材料而言，它的 个原子抗磁性是与磁场和温度无关 [3] 如少林扫地僧的金刚不坏护体神 磁性对外磁场的响应是 “低眉顺 的 。朗之万的研究奠定了他在物 功，有如 “金钟罩、铁布衫”一样 眼”型的，随着温度的降低表现越 理学界的地位，博士毕业后不久就 的铜身铁臂足以抵御一切外力(图1)[1]。 顺从，物理上把这类典型磁现象叫 成为法兰西学院的物理学教授，与 [2] 这些人体之间攻防应激，对应到我 做 “顺磁性” 。颇像武功里的北冥 当时的大物理学家爱因斯坦、埃伦 们的物理世界里，就体现为物体对 神功，将外力吸收化为己有。 费斯特、昂尼斯、外斯等人交往甚 外界干扰的一种响应。也就是说， 遗憾的是，皮埃尔·居里46 岁 一个物体置于某个外界干扰(称之为 (1906 年)遭遇飞来横祸，被马车撞 “外场”)下，它会根据内部结构的不 死，甩下了玛丽·居里和两个年幼的 同，而做出截然不同的响应方式。 女儿。居里夫人难以抑制内心的悲 一个最简单的例子，就是静电感应 痛，后来在皮埃尔一位学生的悉心 现象，在静电场里的金属材料，因 照料下才慢慢缓过来。这位学生名 为内部电荷的重新分布，会在表面 叫保罗·朗之万，比导师皮埃尔·居 感应出正电荷或负电荷。那么，如 里小13 岁，比师母玛丽·居里小5 果将一个材料置于静磁场之下，它 岁。朗之万于1902 年在皮埃尔·居 会做出什么样的 “攻防响应”呢？ 里指导下获得博士学位，并于1905 最早研究这个问题的，就是我 年尝试在导师的磁性理论基础上发 们在本系列文章第六篇 《秩序的力 展微观解释。在无外磁场时，物质 量》里提到的法国物理学家皮埃尔· 中原子的磁矩是杂乱无章的，所以 居里。居里同学的聪明勤奋众人皆 整体不显磁性；有外磁场时，原子 知，18 岁获得硕士学位，23 岁就当 的磁矩会在磁场作用下倾向于和磁 图1 少林铜人之 “金钟罩、铁布衫”