Trình bày nguyên lý siêu dẫn và giải thích tại sao dòng điện trong vòng dây siêu dẫn không suy giảm theo thời gian. Phân tích vai trò của khe năng lượng và hiệu ứng Meissner.

Nguyên lý siêu dẫn: Siêu dẫn là hiện tượng một số vật liệu khi được làm lạnh đến một nhiệt độ rất thấp (gần bằng 0 K) thì điện trở của chúng giảm về bằng 0, cho phép dòng điện chạy qua mà không bị mất mát năng lượng. Nguyên lý cơ bản của siêu dẫn dựa trên sự hình thành cặp electron gọi là cặp Cooper, trong đó hai electron liên kết với nhau thông qua tương tác với mạng tinh thể, tạo nên trạng thái lượng tử tập thể. Trạng thái này tạo thành một pha lượng tử đồng nhất cho phép dòng điện chảy không gây ra tán xạ hay mất mát năng lượng. Giải thích tại sao dòng điện trong vòng dây siêu dẫn không suy giảm theo thời gian: Khi một dòng điện được khởi tạo trong vòng dây siêu dẫn, do điện trở bằng 0, không có sự tiêu hao năng lượng điện dưới dạng nhiệt. Hơn nữa, các electron trong trạng thái siêu dẫn di chuyển dưới dạng cặp Cooper trong một pha lượng tử liên tục, không bị tán xạ bởi các tạp chất hay dao động mạng tinh thể, do đó dòng điện duy trì vĩnh viễn mà không suy giảm theo thời gian. Phân tích vai trò của khe năng lượng và hiệu ứng Meissner: - Khe năng lượng (energy gap): Trong trạng thái siêu dẫn, giữa trạng thái điện tử bình thường và trạng thái siêu dẫn tồn tại một khe năng lượng, gọi là khe năng lượng siêu dẫn. Khe năng lượng này ngăn cản các electron bị tán xạ hay phân rã ra khỏi cặp Cooper, bảo vệ trạng thái siêu dẫn và đảm bảo dòng điện không bị phân rã, góp phần vào việc duy trì dòng điện không mất mát. - Hiệu ứng Meissner: Hiệu ứng Meissner là hiện tượng vật liệu siêu dẫn loại trừ hoàn toàn từ trường bên trong khi ở trạng thái siêu dẫn. Điều này xảy ra do dòng siêu dẫn tạo ra từ trường ngược chiều với từ trường bên ngoài, làm triệt tiêu từ trường bên trong vật liệu. Hiệu ứng Meissner là đặc trưng của trạng thái siêu dẫn và giúp duy trì sự ổn định của trạng thái siêu dẫn, ngăn chặn sự xuyên nhập của từ trường làm phá vỡ cặp Cooper. Tóm lại, nguyên lý siêu dẫn dựa trên sự hình thành cặp Cooper và trạng thái lượng tử tập thể, dòng điện không suy giảm do điện trở bằng 0 và trạng thái lượng tử đồng nhất, khe năng lượng bảo vệ trạng thái siêu dẫn, còn hiệu ứng Meissner bảo vệ vật liệu khỏi từ trường bên ngoài, duy trì tính chất siêu dẫn ổn định.