高温超导材料的特性与表征

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1、高温超导材料的特性与表征学号：201511140250姓名：岳盈实验日期：2017-11-13指导教师：张金星【摘要】本实验测量了铂电阻温度计的电阻、硅二极管温度计的正向电压、温差电偶电动势及高温超导样品YBC0电阻随温度的变化，巾此进行对各种温度计的比对，并得到了超导样品的转变曲线，确定其起始转变温度为7^07^=93.27K，零电阻温度为7；Q=77.69K，验证了超导体的零电阻现象。随后探宄丫高温超导样品的磁悬浮现象,并用计算机测量了超导体与磁铁间的磁悬浮力与二者之间距离的关系曲线。关键词：高温超导低温温度计超导转变曲线磁悬浮一、引言1911年

2、，昂纳斯首次发现了水银的超导电现象，1933年迈斯纳又发现了超导体的完全抗磁性。到1957年，经过科学家的长期努力，BCS超导电性的微观理论终于问世。1962年，由BCS理论计算推出的约瑟夫森效应，使超导技术在精密探测上迅速发展。超导技术有巨大的应用价值，但是超导转变温度太低，离不开昂贵的液氦设备，使它的应用大大受限。从低温超导体发现以来科学家就致力于提高超导转变温度，半个多世纪以后超导临界温度在30K附近停滞不前。直到1986年，贝德诺和缪勒发现金属氧化物Ba-La-Cu-0材料超导转变温度为35K,人类逐渐步入高温超导时代。2008年，铁基超导体

3、的发现又开辟了一个超导研宄的新领域。虽然高温超导理论研究至今未被攻破，但巨大的潜在价值还在驱动高温超导技术的研究。目前，超导技术在超导磁悬浮列车、超导重力仪、超导计算机、超导微波器件，计量等方而的应用十分广泛。本实验拟通过对YBC0高温超导材料特性的测量和演示，探究超导体的零电阻现象和迈斯纳效应。了解金属和半导体的电阻随温度的变化并进行低温温度计的比对。演示高温超导体的磁悬浮现象。二、实验原理1超导现象、临界参数及实用超导体1）零电阻现象导体的电阻在低温下突然跌落至零的现象被称为零电阻现象，把具有这种特性的物体称为超导体。超导临界温度T（:是当电流、

4、磁场及其它外部条件（如应力、辐照）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。实验上,用电阻法测定临界温度时，把降温过程中电阻温度曲线幵始从直线偏离处的温度称为起始转变温度，把待测样品电阻从起始转变处下降到一半时对应的温度称为临界温度，如图1所不。2）迈斯纳效应不管加磁场的次序是怎样的，超导体内的磁场感应强度总是等于零。3）临界磁场如果超导体存在杂质和应力等，则在超导体不同处有不同的1U因此转变将在一个很宽的范围内完成，通常我们把p=p（）/2相应的磁场叫临界磁场。4）临界电流密度实验发现当超导体通以电流时，无阻的超流态要受

5、到电流大小的限制，当电流达到某一临界值<.后，超导体将恢复到正常态，我们称这个屯流值为临界电流，相应的电流密度为临界电流密度人.。临界温度7；、临界电流密度人和临界磁场/A，是超导体的3个临界参数，只要其中任何一个条件被破坏，超导态就会被破坏。5)非理想的第II类超导体第n类超导体在超导态和正常态之间存在过渡的中间态，因此第n类超导体存在两个临界磁场和,高温超导体为第II类超导体。面第n类超导体又因此体内组分是否均匀分布分为理想第n类超导体和非理想第n类超导体。体内组分不均匀分布、存在各种晶体缺陷、磁化行为呈现不完全可逆的第n类超导体是非理想第n类超

6、导体，只有非理想第n类超导体才能为我们所应用，所以它也被称为实用超导体。今磁通俘获和不可逆磁化对于第11类超导体，当外磁场H升到高于时，不存在完全的MEISSNER效应，磁通线要进入到超导体中，通常当磁场去掉后，超导体中还残留俘获磁通。今钉扎力和钉扎中心非理想第II类超导体中，涡旋线是不均匀分布的，受到一个从边缘向内的洛伦兹力，男外，还有一个克服洛伦兹力的力，使涡旋线稳定的分布，这个力就是钉扎力，把缺陷叫做钉扎屮心。2、电阻温度特性1)纯金属材料的电阻温度特性纯金属晶体的总电阻率表不为p=pL(T)+pr,pL(T)表不晶格热振动对电子散射引起的电阻

7、率，与温度有关。久表示杂质和缺陷对电子的散射所引起的电阻率，一般来说不依赖于温度。液氮正常沸点到室温温度范围内，铂电阻与温度其有良好的线性关系。金属铂是优良的温度计材料，还具有以下特点：化学稳定性好，不氧化、不溶于任何单一的酸；可以得到很纯的实用材料，退火铂丝在冷热循环中电阻的稳定性很好，用它制成的温度计校准一次可用很久；德拜温度较低；因此铂电阻温度计是符合13.8-630.74K温度范围的国际使用基准温度计。2)半导体材料的电阻温度特性本征半导体的电阻率/?,.为/?,=O(1)载流子浓度A随温度增高而指数上升，迁移率A随温度增高而下降缓慢，故本征

8、半导体的电阻率心随温度的上升而单调下降，具有负的温度系数。这是半导体有别于金属的一个重要特征。在恒定电流下，