高温超导实验报告

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1、高温超导学号：姓名：实验日期：指导教师：【摘要】本实验主要研究了高温超导体的零电阻现象及迈斯纳效应。测量了高温超导体的超导转变曲线，得到其起始转变温度TC,onset为99.82K，临界温度TC为92.99K，零电阻温度TC0为91.76K，转变宽度∆TC为3.78K。对比了铂金属电阻与硅二极管电阻与温度的关系并测量了温差电偶电动势与温度的关系。通过研究超导体在场冷和零场冷的情况下的磁悬浮力情况，对第Ⅱ类超导体特性进行进一步分析和理解。关键词：高温超导体零点阻现象迈斯纳效应磁通俘获磁悬浮一、引言：191

2、1年荷兰物理学家卡墨林·翁纳斯发现了低温超导体，自此以后科学家对超导电性理论和超导技术以及超导材料进行了大量的研究。超导科技发展大体分为三个阶段。第一阶段（1911年——1957年）是人类对超导电性的基本探索和认识阶段，BSC超导微观理论问世。第二阶段（1958年——1985年）属于开展超导技术应用的准备阶段。第三阶段（1986年——）是超导技术开发阶段，自1986年发现超导转变温度高于30K的超导材料后开始。1986年6月，贝德诺和缪勒发现金属氧化物Ba-La-Cu-O材料具有超导电性，其超导转变温度

3、为35K，在13K达到零电阻。随后世界各地的科学家们相继取得了突破性的进展。超导研究领域的系列最新进展，为超导技术在各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。本实验通过对氧化物高温超导材料特性的测量和演示，加深理解超导体的两个基本特性；了解超导磁悬浮的原理；了解金属和半导体的电阻随温度的变化以及温差电效应；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：同时具有完全导电性和完全抗磁性的物质称为超导体，完全导电性和完全抗磁性是超导电性的两个最基本性质。1.零电阻现象：把某种

4、金属或合金冷却到某一特定温度TC以下，其直流电阻突然降到零的现象。其中，TC叫做超导体的临界温度，是由物质本身的内部性质确定的、局域的内秉参量。物质的超导电性：低温下发生的零电阻现象。超导体：具有超导电性的材料。只有在直流情况下才有零电阻现象。超导临界温度的定义：①理论上，当外部条件保持为零或不影响转变温度测量的足够低值时，超导体呈现超导态的最高温度。②实验中，用电阻法测量临界温度时通常把TC定义为待测样品电阻从起始转变处下降到一半时对应的温度，也称作超导体转变的中点温度。TC,onset:起始转变温度

5、，降温过程中电阻温度曲线开始从直线偏离处的温度。TC0：完全转变温度（即零电阻温度），电阻刚刚完全降到零时的温度。∆TC:转变宽度，电阻变化10％到90％所对应的温度间隔；其大小反映了材料品质的好坏，均匀单相的样品∆TC较窄，反之较宽。实验中超导体的电阻转变曲线：图一超导体的电阻转变曲线图二超导体的磁性2.迈斯纳效应：当把超导体置于外加磁场中时，磁通不能穿透超导体，而使体内的磁感应强度始终保持为零。不管加磁场的次序如何，超导体内磁场感应强度总是等于零。超导体的磁状态是热力学状态，即在给定的条件下，它的状

6、态是唯一确定的。临界磁场（HC）：对超导体施加磁场，当磁场达到某一值时，允许磁场穿透，超导电性被破坏。通常把ρ=ρ0/2相应的磁场称为临界磁场。根据两类可区分的磁行为将超导体分为两种超导体：①第Ⅰ类超导体，在TC以下，临界磁场HC(T)随温度下降而增加。②第Ⅱ类超导体，分为理想第Ⅱ类超导体（磁化行为呈现完全可逆）和非理第Ⅱ类超导体，在超导态和正常态之间存在过渡的中间态，有两个临界磁场HC1（下临界磁场）和HC2（上临界磁场）。状态与外加磁场的关系如图三所示。图三第Ⅱ类超导体状态与外加磁场的关系临界电流密

7、度：当超导体通以电流时，无阻的超流态要受到电流大小的控制，当电流达到某一临界值IC后，超导体恢复到正常态，IC称为临界电流，相应的电流密度为临界电流密度JC。JC与HC是相关的，外加磁场越强，临界电流就越小。HC依赖于温度，随温度升高而减小，并在转变温度TC时降为零。JC在较高温度下减小。临界温度TC、临界电流密度JC和临界磁场HC是超导体的三个临界参数，与物质的内部微观结构有关。3.磁通俘获：对于第Ⅱ类超导体当外加磁场H升到高于HC1时，不存在完全的迈斯纳效应，磁通线要进入到超导体中。撤掉磁场后，超导

8、体仍保留一定的磁力效应，残留一个俘获磁通。4.钉扎力和钉扎中心：非理想第Ⅱ类超导体中俘获磁通是稳定的，这个阻碍磁通线运动的力来自缺陷，叫做钉扎力，缺陷叫做钉扎中心。5.电阻温度特性：根据马德森定则，金属中总电阻率为：ρ=ρLT+ργ（1）ρLT表示晶格热振动对电子散射引起的电阻率，与温度有关；ργ（剩余电阻率）表示杂质和缺陷对电子的散射引起的电阻率，一般不依赖于温度，与杂质和缺陷的密度成正比。杂质和缺陷可以改变金属电阻率的数值，但不改变电阻