高温超导实验报告

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1、高温超导材料的特性与表征实验报告10物理小彬连摘要本实验对高温超导体的超导转变曲线进行了测量，测量得到其起始转变温度，临界温度，零电阻温度；进行了低温温度计的标定，证明了硅二极管温度计和温差电动势在一定范围内随温度变化的线性关系；通过高温超导的磁悬浮演示了解高温超导体的两个独有的特性：混合态效应和完全抗磁性，并测量得出磁悬浮力与超导体-磁体间距的关系曲线。关键词高温超导体超到临界参数零电阻现象完全抗磁性磁悬浮力一、引言1911年，荷兰物理学家卡末林－昂纳斯（H.K.Onnes，1853—1926）用液氦冷却水银线并通以几毫安的电流，在测量其端电压时发现，当温度稍低

2、于液氦的正常沸点时，水银线的电阻突然跌落到零，这就是所谓的零电阻现象或超导电现象。自从低温超导体发现以来，科学家们对超导电性现象（微观机制）和超导技术以及超导材料进行了大量的研究。在超导技术开发时代，世界各国科学家相机取得了突破性进展，研制出临界温度高于液氮温度的氧化物超导体，又称为高温超导体。超导研究领域的系列最新进展，为超导技术在个方面的应用开辟了十分广阔的前景。超导电性的应用十分广泛，例如超导磁悬浮列车、超导重力仪、超导计算机、超导微波器件等，还可以用于计量标准。本实验目的：通过在低温条件下测量高温超导体的电阻温度曲线和低温温度计的比对，了解高临界温度超导材

3、料的基本特性及测试方法，了解金属和半导体的电阻随温度的变化及温差电效应，掌握低温物理实验的基本方法：低温的获得、控制和测量。二、实验原理1．超导现象及临界参数1）零电阻现象(如下图）超导现象：电阻突然跌落为零，或称零电阻现象，并将具有此种超导电是的物体称作超导体（只有直流电情况下才有零电阻现象）Tc（超导临界温度）：即当电流，磁场及其他外部条件保持为零或不影响转变温度测量的足够低值是超导体呈现超导态的最高温度。Tc，onest（起始转变温度）：降温过程中电阻温度曲线开始从直线偏离处的温度。ΔTc（转变宽度）：电阻变化10%到90%所对应的温度间隔。Tc0(零电阻温

4、度)：电阻刚刚完全降到零是的温度。2）完全抗磁性当把超导体置于外加磁场中时，磁通不能穿透超导体，超导体内的磁感应强度始终保持为0，超导体的这个特性称为迈斯纳效应。（注意：完全抗磁性不是说磁化强度M和外磁场B等于零）超导体的零电阻现象与完全抗磁性的两个特性既相互独立又有紧密的联系。完全抗磁性不能由零电阻特性派生出来，但是零电阻特性却是迈斯纳效应的必要条件。超导体的完全抗磁性是由其表面屏蔽电流产生的磁通密度在导体内部完全抵消了由外磁场引起的磁通密度，使其净磁通密度为零，它的状态是唯一确定的，从超导态到正常态的转变是可逆的。3）临界磁场0TCTHCH0超导态正常态下图为

5、　第I类超导体临界磁场随温度的变化关系把磁场加到超导体上之后，一定数量的磁场能量用来建立屏蔽电流以抵消超导体的内部磁场。当磁场达到某一定值时，它在能量上更有利于使样品返回正常态，允许磁场穿透，即破坏了超导电性。致使超导体由超导态转变为正常态的磁场称为超导体的临界磁场，记为Hc。如果超导体内存在杂质和应力等，则在超导体不同处有不同的Hc，因此转变将在一个很宽的磁场范围内完成，和定义Tc样，通常我们把H=H0/2相应的磁场叫临界磁场。4）临界电流密度当电流达到某一临界值Ic后，超导体将恢复到正常态，我们称这个电流值为临界电流，随温度的升高而减小。2．温度的测量：温度的

6、测量是低温物理中首要和基本的测量，也是超导性能测量中不可缺少的手段。在低温物理实验中，温度的测量通常有以下几种温度计：气体温度计、蒸汽压温度计、电阻温度计、热电偶温度计、半导体温度计和磁温度计。可根据温区、稳定性及复现性等主要因素来选择适当的温度计。在氧化物超导体临界温度的测量中，由于温度范围从300K→77K，我们采用铂电阻温度计作为测量元件。为了使同学们对温度计使用有更多的了解，我们还采用热电偶温度计和半导体温度计作为测温的辅助手段。现将它们的测温原理简介如下：1）铂电阻温度计：铂电阻温度计是利用铂的电阻随温度的变化来测量温度的，铂具有正的电阻温度系数，由于金

7、属铂具有很好的化学稳定性，体积小而且易于安装和检测，国际上已用它作为测温标准元件。2）温差电偶温度计：由电磁学知，当两种不同的金属(A、B)接触时，在接触点处会产生接触电势差，如果把此两不同金属的导线联成闭合回路时，且两个接触点处在不同的温度（T1，T2），则在回路中就有电动势E存在，这种电动势称为温差电动势，而回路称为温差电偶，E的大小与A、B两种材料及接触处的温度T1，T2有关。3）半导体Si二极管温度计：它是利用半导体二级管PN结的正向电压随温度下降而升高的特性来测量温度的，不同半导体的PN结，其正向电压与温度的关系是不一样的。硅二极管温度计属于二次温度计，

8、它需要经过