实验报告—高温超导

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1、实验报告姓名：王航班级：F0703028学号：5070309025实验成绩：同组姓名：孙鼎成实验日期：2008.10.20指导教师：助教35批阅日期：高温超导材料特性测量实验目的：1了解高。临界温度超导材料的基本电特性和测量方法。2了解低温下半导体PN结的伏安特性与温度的关系。3了解低温实验的测量方法。实验原理：1高温超导在低温测量时，为了减少漏热，样品的测量引线又细又长，引线的电阻与样品的电阻相比不可忽略，对超导样品来说，引线的电阻要大很多。为了减小引线电阻和接触电阻对测量带来的影响，通常采用四线测量法。图1四端引线法四线测量法的方法如图1所示，

2、外两根导线为电流端，可以流过较大的测量电流，一般采用恒流源共电。电流的大小可用标准电阻的电压算出。内两根导线为电压端，引线中流过的电流极小，这样就可以避免引线电阻和接触电阻带来的测量误差。在直流低电压测量中，如何判断和修正乱真电势带来的影响是十分重要的。实际上，由于材料的不均匀性和温差，就有温差电势的存在。通常称为乱真电势或寄生电势。我们只要用一段短的导线把数字电压表短接，用手靠近其中一个接线端来改变温度，我们就会看到数字电压表读数的变化。在低温实验中，待测样品和传感器处在低温中，而测量仪表处在室温中，因此它们的连接线处在温差很大的环境里，并且沿导

3、线的温度分布还会随着低温液体液面的降低、低温容器的移动等变化而变化。所以在涉及直流低电压测量的实验中，判定和消除乱真电势的影响是实验中一个十分重要的步骤。2高温超导材料电性转变温度并不是只由温度决定，只有保持在外磁场、流经电流和应力等值足够低时，超导样品的转变温度被称为超导临界转变温度Tc．由于一般上述条件不能完全满足（比如地磁场），而且超导转变往往有一个区域，因此引入起始转变温度Tconset，零电阻温度Tc0，和中点转变温度Tcm来表示，一般所说的转变温度Tc指的是Tcm．高温超导体样品超导特性的测量采用如图1所示的四端接法，外两根导线为电流端

4、，连接恒流电源.内两根导线为电压端，连接内阻非常高的电压表.这样可以避免引线电阻和接触电阻带来的测量误差．1PN结伏安特性与温度的关系在半导体理论中可导出PN结的电压V和电流密度J关系J=AT3+r2expqV-VgKBT 其中常数r≈1，A是比例因子，qVg=Eg，Eg是禁带宽度，Vg称能隙电压。对上式两边取对数，整理后得到V=kbqlnJA-3+r2lnTT+Vg在正常情况下，V

5、看出：当电流不同时，曲线的斜率也不同，若外延到T=0K，它们相交与一点，对应的电压就是Vg．由图可知，二极管PN结能在很宽的范围内测量温度，但由于制造工艺关系，其一致性不是很好，斜率不能唯一确定．2金属电阻不同的材料，电阻率随温度的变化有很大的差别，它反映了物质的内部属性，是研究物质性质的基本方法之一。当温度高于绝对温度时，在金属中，电子的定向运动受到晶格的散射而呈现出电阻。研究表明，当（T/q）>0.5时，金属的电阻正比于温度T，其中q是德拜温度。θ＝hvmaxkB上述结论是对纯金属而言，而实际上金属存在杂质、缺陷、位错等，它们会对金属造成附加电

6、阻，这部分电阻近似地与温度无关。在金属的纯度很高时，金属的总电阻率可表示为ρ=ρiT+ρ0在液氮温度以上时，ρiT≫ρ0，因此有ρ≈ρiT。例如，铂的德拜温度为225K，在63K到室温的范围内，其电阻近似地正比于温度T。但精密的测量会发现它们偏离线性关系。在液氮正常沸点温度到室温的范围内，铂电阻温度计具有良好的线性电阻温度关系，可表示为RT=AT+B式中A，B是不随温度变化的常数。铂的性能稳定，电阻的温度系数较高，不易氧化，线性好，复现性好，常被用作温度的精密测量，其测量范围的低温端可达13.81K。在这里，我们用铂电阻作为测量温度的指示。数据处理

7、：实验中，并没有按照我们预想的做高温超导材料的实验，而是只做了PN结与温度关系实验。实验采用四端接线法，比较简单。老师向杜瓦瓶中倒入液氮，我们小组连接好电路，等到PN结和铂电阻两端的电压稳定后开始测量数据。I=500μAI=100μAPT(mV)PN(V)PT(mV)PN(V)21.01.03321.01.01428.01.00227.90.97935.00.95835.10.93141.00.93741.00.90445.00.91845.00.88250.00.89349.80.85456.00.86255.90.81963.80.82163.

8、90.77369.70.79069.80.73976.10.75376.70.69183.70.71583.80.6529