超导材料的发展及应用概述

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1、题目：超导材料的发展及应用概述姓名：孟祥雨学号：B15201032超导材料的发展及应用概述1.超导材料的诞生及发展超导材料，是指具有在一定的低温条件下呈现出电阻等于零以及排斥磁力线的性质的材料。1911年，荷兰物理学家昂尼斯(1853～1926)发现，水银的电阻率并不像预料的那样随温度降低逐渐减小，而是当温度降到4.15K附近时，水银的电阻突然降到零。某些金属、合金和化合物，在温度降到绝对零度附近某一特定温度时，它们的电阻率突然减小到无法测量的现象叫做超导现象，能够发生超导现象的物质叫做超导体[1]。随

2、后，1986年4月，设在瑞士苏黎世的IBM实验室的学者J.G.Bednorz和K.A.Muller发现了La-Ba-Cu-O高Tc氧化物超导体(Tc=34K)[1]，以后的几年，人们相继发现了多种高温超导材料，其中包括铋系、钇系、铊系、汞系等高温超导体系。1987年2月21日，中国科学院物理所发现了起始转变温度为100K的YBaCuO体系超导体，并首次公布了其成分。2001年3月1日的NATURE周刊报道，日本发现了具有体超导电性、临界温度为39K的MgB2超导体[2]2.超导材料的特点及性能1、零电阻

3、性超导材料处于超导态时电阻为零，能够无损耗地传输电能。如果用磁场在超导环中引发感生电流，这一电流可以毫不衰减地维持下去。这种“持续电流”已多次在实验中观察到。超导现象是20世纪的重大发明之一。科学家发现某物质在温度很低时，如铅在7.20K（-265.95摄氏度）以下，电阻就变成了零。2、完全抗磁性超导材料处于超导态时，只要外加磁场不超过一定值，磁力线不能透入，超导材料内的磁场恒为零。1933年迈斯纳和奥尔德首次发现了超导体具有完全抗磁性的特点。把锡单晶球超导体在磁场(H≦Hc)中冷却，在达到临界温度Tc

4、以下时，超导体内的磁通线一下子被排斥出去；或者先把超导体冷却至Tc以下，再通以磁场，这时磁通线也被排斥出去，即在超导状态下，超导体内磁感应强度B=0。这就是迈斯纳效应。3、约瑟夫森效应两超导材料之间有一薄绝缘层（厚度约1nm）而形成低电阻连接时，会有电子对穿过绝缘层形成电流，而绝缘层两侧没有电压，即绝缘层也成了超导体。当电流超过一定值后，绝缘层两侧出现电压U（也可加一电压U），同时，直流电流变成高频交流电，并向外辐射电磁波，其频率为，其中h为普朗克常数，e为电子电荷。这些特性构成了超导材料在科学技术领域

5、越来越引人注目的各类应用的依据。4、同位素效应超导体的临界温度Tc与其同位素质量M有关。M越大，Tc越低，这称为同位素效应。例如，原子量为199.55的汞同位素，它的Tc是4.18开，而原子量为203.4的汞同位素，Tc为4.146开。对于超导体的性能存在三个重要指标临界温度，即超导体保持其超导性的最高温度。临界磁场，即超导体保持其超导性和完全抗磁性的最强磁场。临界电流，即超导体保持其超导性所能承载的最大电流。1.超导材料的国内外的研究状况1933年，迈斯纳和奥克森菲尔德两位科学家发现，如果把超导体放在

6、磁场中冷却，则在材料电阻消失的同时，磁感应线将从超导体中排出，不能通过超导体，这种现象称为抗磁性[3]。经过科学家们的努力，超导材料的磁电障碍已被跨越，下一个难关是突破温度障碍，即寻求高温超导材料。1973年，发现超导合金――铌锗合金，其临界超导温度为23.2K，这一记录保持了近13年。1986年，设在瑞士苏黎世的美国IBM公司的研究中心报道了一种氧化物（镧钡铜氧化物）具有35K的高温超导性。此后，科学家们几乎每隔几天，就有新的研究成果出现。1986年，美国贝尔实验室研究的超导材料，其临界超导温度达到4

7、0K，液氢的“温度壁垒”（40K）被跨越。1987年，中国科学家赵忠贤以及美国华裔科学家朱经武相继在钇－钡－铜－氧系材料上把临界超导温度提高到90K以上，液氮的“温度壁垒”（77K）也被突破了。1987年底，铊－钡－钙－铜－氧系材料又把临界超导温度的记录提高到125K。从1986－1987年的短短一年多的时间里，临界超导温度提高了近100K。2001年，二硼化镁（MgB2）被发现其超导临界温度达到39K。此化合物的发现，打破了非铜氧化物超导体（non-cupratesuperconductor）的临界温

8、度纪录。1990至2000年代，具ZrCuAsSi结构的稀土过渡金属氮磷族化合物（rare-earthtransition-metaloxypnictide，ReTmPnO）陆续被发现。但并未有人发现其中的超导现象。2008年，日本的HideoHosono团队发现在铁基氮磷族氧化物（iron-basedoxypnictide中，将部份氧以掺杂的方式用氟作部份取代，可使LaFeAsO1-xFx的临界温度达到26K，在加压後（4GPa）甚至可达