实验报告高温超导相关实验

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1、近代物理实验I实验报告高温超导相关实验实验者：明亮08300190034合作者：余高08300190057指导教师：姚红英汪人甫林杰07300190016高温超导相关实验摘要：本实验中通过制备高温超导块材YBaCuO，并对高温超导块材YBaCuO与Bi系高温超导片材的相关性质进行测量与观察，了解高温超导材料的基本电磁学特性关键词：高温超导，零电阻现象，完全抗磁性一、实验目的1.制备高温超导块材YBaCuO2.测量高温超导块材YBaCuO与Bi系高温超导片材的转变温度，理解超导材料的零电阻现象3.观察高温超导块材YBaCuO的电磁感应屏蔽与磁悬浮现象，理解超导材料的完全抗

2、磁现象二、实验原理1.高温超导块材YBaCuO的制备化学反应方程式2.超导材料的零电阻现象超导材料冷却到TC之下时其直流电阻会突然降到零，使电阻突然消失的温度TC称为超导体的临界温度，测量时因为转变宽度ΔTC的存在，通常把样品电阻降到转变前正常态电阻值一半时的温度定义为超导体的临界温度TC3.超导材料的完全抗磁性加磁场加磁场去磁场去磁场进入超导进入超导实际情况对于理想导体，由麦克斯韦方程组可知，在从正常态到零点组态的时候，守恒的量为磁通密度，即理想导体在磁场中的行为与过程有关；但超导体的实际情况是超导状态下磁通密度恒为零，这是由于超导体虽然与理想导体的电阻均为零，但是超

3、导体的表面可以被极化，产生的屏蔽电流抵消了外场的影响，使得净磁通为零。所以超导体在磁场中的行为与过程无关，在给定条件下的状态是唯一的，在超导状态下表现出完全抗磁性三、实验记录及分析1.高温超导块材YBaCuO的制备1)化学反应方程式O2+Y2O3+4BaCO3+6CuO=2YBaCuO+4CO2高温超导块材YBaCuO的晶体类型属于有缺陷的钙钛矿结构晶体结构中有两种CuO层：一个Cu与五个O构成金字塔二维CuO2层，Cu与近邻两个O构成一维CuO链其中两个二维CuO2金字塔层夹住一个Y，CuO2与CuO一维链所在层间隙中是Ba只有二维的CuO2层是超导层，在超导状态下这

4、个层中的原子核与内层的电子将会被束缚其他绝大多数高温超导材料中例如BiSr2CuO6，HgBa2Ca2Cu3O9，TlBa2Ca2Cu3O9都属于层状钙钛矿结构，超导层都是CuO2层原材料：Y2O3（0.76g），BaCO3（2.64g），CuO（1.60g），充分研磨后共得到混合材料5.00g1)实验器材AI-708P(V6.5)程序型智能温度调节器压块模具油压压片机2)制作方法i.第一次焙烧将混合材料放入刚玉舟中推入管式炉中央，打开管式炉开关，设置程序得到反应后的样品混合物粉末4.197g（理论值）ii.压块经过化学反应，得到去CO2以后初步反应的中间产物，再次研磨

5、后放入模具中进行压制，油压压片机压力为8MPa得到4块正常规格样品块，一块略薄样品块iii.第二次焙烧将样品依次排放在刚玉棒上推入管式炉中央，接好氧气导管，设置程序在温度上升至的时候打开氧气阀门，通气速率指示为826小时后温度低于，关闭氧气阀门，待温度降低后取出样品得到YBaCuO样品总共4.46g（理论值）1.高温超导块材YBaCuO转变温度的测量1)接线方法：四引线法由于氧化物超导样品的室温电阻通常只有10-1~10-2W左右，而为了减少漏热被测样品的电引线很细、很长，而且测量的样品室的温度变化很大，大约从200K到77K，这样引线电阻较大而且不稳定。另外，引线与样

6、品的连接也不可避免出现接触电阻。为了避免引线电阻和接触电阻的影响，实验中采用四线法两根电源引线与恒流源相连，两根电压引线连至数字电压表，用来检测样品的电压。根据欧姆定律，即可得样品电阻，由样品尺寸可算出电阻率。1)温度控制方法：温度梯度法利用杜瓦容器内，液面以上空间存在的温度梯度来取得所需温度的一种简便易行的控温方法，我们实验中采用此法。温度梯度法要求测试探头有较大的热容量及温度均匀性，并通过外加铜套使样品与外部环境隔离，减少样品温度波动。样品温度的控制则是靠在测量过程中改变探头在液氮容器内的位置来达到温度的动态平衡，故又称为连续测量法，其优点是测量装置比较简单，不足之

7、处是控温精度及温度均匀性不如定点测量法好。2)高温超导体电阻特性曲线在多组的测量数据中选择比较好的一幅图像，其中转变温度81K的曲线为温度下降时绘制的曲线，转变温度116K的曲线为温度上升时绘制的曲线两条曲线并不重合，而是在温度上存在35K的分离。经过分析，应该是因为超导的产生是样品微观结构的一种相变。据理论分析，超导的产生原因之一是原子核与内层电子由于低温热运动降低，被束缚在晶格点位置，对电子的碰撞阻挡减少。但是另一个非常重要的原因是电子声子耦合，Fermi面附近电子激发后组成Cooper对，所有的Cooper对可凝聚在低于费米能级的同