超导物理基础ppt课件.ppt

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1、超导物理基础高温超导实验陈铭南超导特性发现于1911年：4.2K临界温度提高很慢：75年后达23.2K.1988年：110K（2年：100度）1989年中国科技大学刘宏宝研制的超导材料达130K1993年3月北大郭建栋教授，制备成功了134K样品目前超导体的临界温度约150K超导基本特性：从材料区分：低温超导材料（液氦温区）：金属。高温超导（液氮温区）：高温氧化物超导体。超导基本特性：1.零电阻特性超导体零电阻观察与测量：（1）一超导环置一磁场中，然后冷却使之转变成超导态，快速撤去磁场。产生感应电流。零电阻现象2.使样品通一恒定电流，测量其阻值随温度变化。测阻（难）与测

2、温。定义：通常把外部条件(磁场、电流、应力等）维持在足够低值时电阻突然变为零的温度称为超导临界温度TC。液氮温区高温超导体特性1.零电阻率（现象）：相变:电阻、磁化率、热电势、比热容、热导率等都有明显的变化。临界温度Tc以下电阻为零。由正常态向超导态过度称转变宽度：ΔTc.ΔTc：取决于材料的纯度和晶格的完整性。理想样品的ΔTc完全抗磁性：迈斯纳（Meissner)效应问题：先降温？先加磁场？理想导体：在磁场下降温，磁通不变。超导体：与过程无关。仅仅没有电阻的假想金属称做理想导体。超导体置于外加磁场时，磁通不能穿透。超导体内磁感应强度始终为零（B=0）迈斯纳（Meissner)

3、效应:完全抗磁性是独立于零电阻特性的基本属性。零电阻特性是迈斯纳（Meissner)效应的必要条件。磁悬浮实验演示：难以给出定量结果。抗磁性：需测量样品的磁化率随温度的关系。超导物理理论基础:二流体模型和伦敦方程:自由电子气部分“凝聚”:粗糙BCS理论:电子库柏对.不能解释30K以上超导现现象.(金属30K为禁区).二流体模型:(低温超导)二流体模型和伦敦方程:自由电子气：相变。速度“凝聚”电子比热容比：正常态（线性），超导态：指数变化。伦敦第一方程：零电阻伦敦第二方程：迈斯纳效应BCS理论:(Bardeen,Cooper,Schrieffer)理论——高深的量子力学和许多数

4、学知识。两个电子－电子库柏对－超导电流。晶格振动的热运动—拆散库柏对不能解释30K以上超导现现象.(金属：30K为禁区).国际制冷学会（IIR）1971年：对0°以下称为低温，温区进行划分（向全世界建议）：T>120K为冷冻温区120K>T>0.3K为低温温区T<0.3K为超低温温区一.冷冻温区的主要制冷手段（T>120K）1.基于相变原理的制冷:R12:-30°,R14:-128°.电冰箱,空调等.2.电制冷:利用半导体材料的珀尔帖效应,可以取得制冷效果.医学,生物学:降温帽,白内障摘除器等.二.低温温区的主要制冷手段:（120K>T>0.3K）1.等焓节流:80K左右.2.

5、等熵膨胀-等焓节流:20K:液态氢,4.2K的液态氦.3.对低温液体抽气降温.例如:液氦:0.8K,0.3K.三.超低温温区的获得:（T<0.3K）1.磁制冷:0.001K—核自旋去磁:5×10-8K.2.帕末朗丘克制冷(Pomeran-Chuk):0.001K3.3He-4He稀释制冷.几种常用的温度计温度计测温属性定容气体温度计压强定压气体温度计体积铂电阻半导体温度计电阻热电偶温度计热电动势液体温度计液柱长度液体温度计测温范围液体温度测量范围水银-30~+300酒精-80~80甲苯-80~+110乙醇-80~+80煤油0~+300石油醚-120+20铂电阻、半导体、热电偶

6、温度计铂电阻：在63K到室温具有线性关系，电阻正比于温度。不严格逞线性。（查公式与表）半导体：有正、负两种温度系数。大部分温区中，具有负的温度系数（与金属不同）。温度越高电阻越低。不同材料半导体：硅、锗、碳、渗碳玻璃电阻、热敏电阻等。温-阻关系不同，不同温区不同。塞贝克效应：由两种不同金属连接，两接点在不同温度下(参考点)，形成热电偶电动势。高温氧化物超导体特性1.高温超导材料正常态电阻率在很大温度范围内逞线性关系.2.霍尔系数随温度的上升而单调下降.3.超导能隙的各向异性4.电子-电子关联性:可能是高温超导的主要支配原因高温超导材料的研制1.机械热加工法.2.混合法.3.照射

7、法:放射性照射,改善超导特性4.蒸气淀积法5.脉冲准分子激光法液氮特性：液氮:沸点77.36K、进出注意事项、样品与液氮。液氮不能完全密封：漏热升温升压防止冻伤.运输与安放.高温超导仪：低温恒温器（样品室）：样品研制：高温烧结与碾磨、样品安装：四端接法：金属铟压接。样品温度。测温与控温：铂电阻温度计、硅二极管温度计测温:铜-康铜温差电偶：需有一参考端，伸入液氮浸没。实验中有两个：一个为液面计；另一个为温度计。25欧姆锰铜加热器线圈的紫铜恒温块:导热性能好.铂电阻和硅二极管测量：单一恒流源。四