第三章 材料的输运性质 超导电性ppt课件.ppt

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1、1908年荷兰物理学家Onners成功地获得了液氦，使得可以获得低达4.2K的低温技术。他就利用这项技术试验金属在低温下时的电阻。三年后的1911年，他发现当Hg在液氦中温度下降到4.2K时，其电阻出现反常现象，迅速降低到无法检测的程度。这是人类第一次发现超导现象。3.4超导现象和超导材料不久，昂尼斯又发现了其他几种金属也可进入“超导态”，如锡和铅。锡的转变温度为3.8K，铅的转变温度为6K。由于这两种金属的易加工特性，就可以在无电阻状态下进行种种电子学试验。此后，人们对金属元素进行试验，发现铍、钛、锌、镓、锆、铝、锘等24种元素是超导体。从此，超导体的研究

2、进入了一个崭新的阶段。基本概念材料的电阻随着温度的降低会发生降低，某些材料会出现当温度降低到某一程度时出现电阻突然消失的现象，我们称之为超导现象。人们将这种以零电阻为特征的材料状态称作为超导态。超导体从正常状态（电阻态）过渡到超导态（零电阻态）的转变称作正常态－超导态转变，转变时的温度TC称作这种超导体的临界温度。也就是说，零电阻和转变温度TC是超导体的第一特征。3.4.1超导体的一般特性超导电性Hg和Pt电阻率随温度变化三个重要参数：TC、HC2、IC临界温度：超导相可逆转变的温度，与样品纯度没有太大的关系，纯度高，曲线变陡。第二临界磁场强度：超导相稳定存

3、在的最高磁场强度。临界电流强度：超导体中的电流本身产生的磁场同样破坏超导相的稳定性。HC2与TC的关系：元素超导体：2830种超导体，另有13种在加压下有超导电性(一价金属和磁性金属难有超导性)Rh0.0002-Zr0.73-Sn3.72W0.012Zn0.844-Hg4.15Be0.026Mo0.92Ta4.48Ir0.14Ga1.1V5.3-Hf0.165Al1.174-La5.98-Ti0.49-Th1.37Pb7.201Ru0.49Pa1.4Tc8.22Cd0.515Re1.7Nb9.26Os0.65Tl2.39C2.3-U0.68

4、In3.416Li20元素Tc（K）化合物超导体：已经发现5000种以上的化合物。（1）A15型-W结构：Nb3Sn,Nb3Al,V3Si（2）C14,C15,C16型拉维斯相：ZrV2,ZeRe2（3）D8b型相结构：AlxNb1-x,Ir0.4Nb0.6（4）A12型相结构：MoRe3,NbTc3（5）B1型NaCl结构：NbC,MoN,NbN（6）高温超导材料：La1.8Sr0.2CuO4,等等（7）K3C60，RbXC60迈斯纳效应我们把处于超导态的超导体置于一个不太强的磁场中，磁力线无法穿过超导体，超导体内的磁感应强度为零。这种现象称作超导体

5、的完全抗磁性，这是超导体的第二特征。这种抗磁现象最早于1933年由W.Merssner和R.Ochenfeld做实验时发现，因而这种现象又称作迈斯纳效应。NNS降温降温加场加场S注：S表示超导态N表示正常态迈斯纳效应不过，当我们加大磁场强度时，可以破环超导态。这样。超导体在保持超导态不致于变为正常态时所能承受外加磁场的最大强度HC称作超导体的临界磁场HC(T)。临界磁场与温度有关，0K时的临界磁场HC(0)和HC(T)的关系为：HC(T)＝HC(0)[1-(T/TC)2]在临界温度TC以下，超导态不至于被破坏而容许通过的最大电流称作临界电流IC。这三个参数T

6、C、HC、IC是评价超导材料性能的重要指标，对理想的超导材料，这些参数越大越好。解释金属超导现象的重要理论是巴丁、库柏和施里弗（J.Bardeen,L.N.Cooper,J.R.Schrieffer）建立的电声作用形成库柏电子对的理论，简称BCS理论。超导现象的BCS理论库柏电子对形成示意库柏电子对的形成原理可用图来描述：金属晶体中的外层价电子处在带正电性的原子实组成的晶格环境中，带负电的电子吸引原子实向它靠拢，在电子周围形成正电势密集的区域，它又吸引第二个电子，即电子通过格波声子相互作用形成电子对，称为“库柏电子对”。这种库柏电子对具有低于两个单独电子的能

7、量，在晶格中运动没有任何阻力，因而产生超导性。格波电子在离子晶格间运动时，电子密度有起伏，当电子在某处集中时，会对附近的离子晶格产生吸引，从而使离子产生振动，并以波的形式在点阵中传播，这种波称为格波。声子格波是量子化的，其量子称为声子。形成格波的过程相当于电子发射出一个声子。处在超导态的电子，配成库柏对存在，配对的电子，其自旋方向相反，动量的大小相等而方向相反，总动量为零。库柏对作为整体与晶格作用，因此一个电子若从晶体得到动量，则另一个电子必失去动量，作为整体，不与晶格交换动量，也不交换能量，能自由地通过晶格，因此没有电阻。当温度大于临界温度时，热运动使库柏

8、对分散为正常电子，超导态转为正常态。当磁场强度达到临