浙江林学院开放实验论文

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1、浙江林学院开放实验论文高温超导材料物理特性测试学生：顾文珺班级：工业设计052指导教师：余定国PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建www.fineprint.cn高温超导材料物理特性测试——样品工业设计052顾文珺（浙江林学院杭州临安311300）【摘要】高温超导电性是物理学的前沿课题，具有重大的应用前景。本实验的目的是了解高临界温度超导材料的基本特性及其测试方法：了解样品的伏安特性随温度的变化，以及低温温度控制的简便方法。各类温度传感器和液面计的特性、电阻的四引线测量法、数据的计算机的处理等都是本物理实验的重要内容。【

2、关键词】高温超导电性；低温恒温器；临界温度1.实验背景自1911年发现超导现象以后，人们一直在韦提高超导临界温度而努力；然而在数十年中进展却十分缓慢，1973年所创立的记录(Nb3Ge,Tc=2312K)就保持了12年。重大的突破出现在1986年4月，缪勒(K.A.Müller)和贝德罗兹(J.G.Bednorz)宣布,一种钡镧铜氧化物的超导转变温度可能高于30K.从此掀起了波及全世界的关于高温超导电性的研究热潮,在短短的两年时间里就把超导临界温度提高到了110K,到1993年3月已达到134K这一突破使得超导体的使用温区从液氦温区(～4.

3、2K)提高到了液氮温区(～77.4K),超导体从此也就被冠以“高温超导体”之名。关于高温超导体的机理、基本性质及其应用,至今仍然是物理学家们十分关注的前沿课题。超导研究基本可以分为四个大方向，一是非常规超导的机理研究，探究两个电子配对的原因；二是找到新的高温超导材料，探寻新超导材料的物理特性；三是超导独有的物理特性，宏观量子相干和量子磁通物理特性研究；四是超导应用。新时期超导研究在观念上已经发生重大转变。从探索新超导材料的角度看，人们从单纯地在电—声耦合图像下追求超导温度的提高，逐渐转变到重视新机制所导致的超导现象。氧化物高温超导体机理的研

4、究，对这种转变起到了重要推动作用。而这种转变大大拓展了人们寻找新超导体的范围，从原先的导电金属及合金向过渡金属氧化物等导电性能不一定太好的化合物延伸。对新型超导机制和非常规电子态的理解将拓展固体物理的知识范畴，促进科学的发展。目前，中国在高温超导材料研制方面仍处于世界领先地位。具体的成果有：钇钡铜氧材料临界电流密度可达6000A/cm2，同样材料的薄膜临界电流密度可达106A/cm2。利用自制超导材料已可测到2´10–8G的极弱磁场（这相当于人体内如肌肉电流的磁场），新研制的铋铅锑锶钙铜氧超导体的临界温度已达132K到164K，这些材料的超

5、导机制已不能用BCS理论解释，中国科学家在超导理论方面也正做着有开创性的工作。2.实验原理2.1超导现象翁纳斯在1908年首次把最后一个“永久气体”氦气液化，并得到了低于4K的低温。1911年他在测量一个固态汞样品的电阻与温度的关系时发现，当温度下降到4.2K附近时，样品的电阻突然减小到仪器无法觉察出的一个小值（当时约为1´10–5W）。图1画出了由实验测出的汞的电阻率在4.2K附近的变化情况。该曲线表示在低于4.15K的温度下汞的电阻率为零（作为对比，在图1中还用虚线画出了正常金属铂的电阻率随温度变化的关系）。PDF文件使用"pdfFac

6、toryPro"试用版本创建www.fineprint.cn图1汞和正常金属铂的电导率随温度变化的关系用液氮冷却安装在低温恒温器中的高温超导样品,通以一定的电流,在测量其端电压时发现:当温度接近液氮的正常沸点时,高温超导样品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。通常把超导体电阻突然变为零的温度,称为超导转变温度。如果维持外磁场、电流和应力等在足够低的值,则样品在一定外部条件下的超导转变温度,称为超导临界温度,用Tc表示。表1列出了几种材料的转变温度。图2超导体的电阻转变曲线表1几种超导体材料Tc/K材料Tc/KAl1.20

7、Nb9.26In3.40V3Ga14.4Sn3.72Nb3Sn18.0Hg4.15Nb3Al18.6Au4.15Nb3Ge23.2V5.30钡基氧化约90Pb7.19物PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建www.fineprint.cn2.2迈斯纳效应1933年迈斯纳（Meissner）和奥克森费尔特（Ochsenfeld）在实验中发现了下述事实。他们先把在临界温度以上的锡和铅样品放入磁场中，由于这时样品不是超导体，所以其中有磁场存在（图6(a)。当他们维持磁场不变而降低样品的温度时，发现当样品转变为超导体后，其内部也没

8、有磁场了(图6(b))。这说明，在转变过程中，在超导体表面上也产生了电流，这电流在其内部的磁场完全抵消了原来的磁场。一种材料能减弱其内部磁场的性质叫抗磁性。迈斯纳实验表明，超导体