= 1. 目的

  本実験では、超伝導体が示す現象である、ゼロ抵抗とマイスナー効果を実際に確認し、超伝導体の特性を理解することを目的とする。ゼロ抵抗の確認については、室温での抵抗測定のみを行い、低音領域での抵抗測定は実際には行わず、与えられたデータを解析することで、ゼロ抵抗の特性を理解する。マイスナー効果については、磁場中冷却と零磁場冷却の2つの冷却方法で冷却した$"YBa"_2"Cu"_3"O "_7$を磁石に近づけたり遠ざけたりすることで、磁石にどのような力が働くかを観察することで、マイスナー効果の特性を理解する。最後に、冷却した$"YBa"_2"Cu"_3"O "_7$を磁石を並べて作ったレール上に乗せて、その時の挙動を観察する。

= 2. 実験方法

== 2.1. 電気抵抗測定

  ここでは、Pb-Inと$"YBa"_2"Cu"_3"O "_7$(以下、YBCO)の室温での抵抗$R$の測定を行った。測定に際し、以下の式を用いた。

  $
  cases(
    R = V / I,
    R = rho L / S
  )
  $ <eq:resistance>

  ここで、$rho$は試料の抵抗率、$L$は試料の長さ、$S$は試料の断面積、$V$は試料にかかる電圧、$I$は試料を流れる電流を表す。まず、ノギスを用いて試料の$L, S$を測定した。ここで、$S$に関しては、試料の高さ$t$と幅$w$を測定して、$S = t w$として求めた（今回は$t$の値は既知であった）。次に、電流計と電圧計を用いて、$V, I$を測定する前に、電流計のゼロ点調整を行った。Pb-Inでは、$100 "mA"$、YBCOでは$20 "mA"$の電流を流すために、精密な抵抗を用いて、それに電流を流した時の電圧を測定し、所望の電流を得た。その後、実際に試料に電流を流し、電圧を測定した。測定した電圧と流した電流を式@eq:resistance に代入することで、抵抗値、抵抗率を求めた。

  次に、室温以外での抵抗測定について与えられたデータから、温度と抵抗率の値をプロットし、そのグラフからゼロ抵抗の特性を確認した。この時、与えられたデータは、熱電対の起電力と試料の電位差を表したもので、熱電対の起電力を温度に換算することで、温度と抵抗率の関係を求めた。

== 2.2. 超伝導体と磁石の相互作用

  ここでは、冷却したYBCOを磁石に近づけたり遠ざけたりすることで、磁石との相互作用を観察した。まず、周りに磁石がない状態でYBCOに液体窒素を流して冷却した（零磁場冷却）。磁石をの上に乗せ、冷却したYBCOを初めは磁石に近づけていき、その時の秤の値を読み取った。次に、磁石を遠ざけていき、また、磁石に近づけていき、それらの時も同様に秤の値を読み取った。

  次に、磁石の上でYBCOを冷却した（磁場中冷却）。そして今回は、初めはYBCOを磁石から遠ざけていき、再び磁石に近づけていき、最後にまたYBCOを磁石から遠ざけていった。これらの時に、秤の値を読み取った。そして、読み取った秤の値全てを力に換算した。得られたデータから、YBCOー磁石間の距離と磁石に働く力の関係をグラフにプロットし、マイスナー効果の特性を確認した。

== 2.3. 磁場上での超伝導体の運動

  最後に、磁石を並べて作ったレール上に冷却したYBCOを乗せ、その時の挙動を観察した。磁石を並べたレール上に零磁場冷却を施されたYBCOを乗せ、YBCOを軽く押して動かしたり、強い力で押した時の挙動を観察した。また、磁場中冷却されたYBCOをレール上に乗せ、この時の挙動を観察した。そして、磁場中冷却されたYBCOをレール上に乗せた状態で、レールの向きを反転させて、その時の挙動を観察した。
