超导材料课件（中科院)

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1、第二章超导材料超导电性的发现1908年，荷兰莱顿大学的Onnes首次实现氦的液化，获得了4.2K的低温，为研究低温条件下物质导电打开了方便之门。1911年，他发现将汞冷却到4.2K时，汞的电阻突然消失，Onnes称这种处于超导状态的导体为超导体。超导体电阻突然变为零的温度叫超导临界温度。由于他的这一发现获得了1913年的诺贝尔奖。超导体的直流电阻率在一定的低温下突然消失，被称作零电阻效应。至今已发现有28种元素、几千种合金和化合物是超导体。我们通常称这些金属或金属合金的超导体为常规超导体。自超导电性发现以来，经过70多年的努力，常规超导体临界温度只能提高到

2、23K。1986年初，物理学家Mueller和Bednorz发现了高温铜氧化物超导体La2-xBaxCuO4，超导临界温度达40K。1987年2月，美国华裔科学家朱经武和中国科学家赵忠贤相继在钇（YBa2Cu3O7）系材料上把超导临界温度提高到90K以上，液氮的禁区（77K）也奇迹般地被突破了。1987年底，Tl-Ba-Ca-Cu-O系材料又把临界超导温度的记录提高到125K。随后,高温超导迅速提高。超导的发展超导性质和相关理论零电阻效应临界温度:电阻突然消失的温度被称为超导体的临界温度Tc。超导临界温度与样品纯度无关，但是越均匀纯净的样品超导转变时的电阻

3、陡降越尖锐。B)临界磁场:超导电性可以被外加磁场所破坏,对于温度为T(T

4、，德国物理学家迈斯纳和奥森菲尔德对锡单晶球超导体做磁场分布测量时发现，在小磁场中，把金属冷却到超导态时，超导体内的磁通线全部被排斥出去，保持体内磁感应强度B等于零，超导体的这一性质被称为迈斯纳效应。超导体内磁感应强度B总是等于零，即，金属在超导电状态的磁化率为：仅从超导体的零电阻现象出发得不到迈斯纳效应，同样用迈斯纳效应也不能描述零电阻现象，因此，迈斯纳效应和零电阻性质是超导态的两个独立的基本属性，衡量一种材料是否具有超导电性必须看是否同时具有零电阻和迈斯纳效应。超导体的两个重要特性：零电阻和完全抗磁性超导基本理论*二流体模型*伦敦方程*金兹堡-朗道方程*

5、BCS理论参考《固体物理》，黄昆，韩汝琦著传统超导体的超导电性理论二流体模型早期为了解释超导体的热力学性质，1934年戈特和卡西米尔提出超导电性的二流体模型，它包含以下三个假设：(1)金属处于超导态时，自由电子分为两部分：一部分叫正常电子，另一部分叫超流电子,正常电子在晶格中有阻地流动，超流电子在晶格中无阻地流动，两部分电子占据同一体积，在空间上相互渗透，彼此独立地运动，两种电子相对的数目是温度的函数。(2)正常电子的性质与正常金属自由电子气体相同，受到振动晶格的散射而产生电阻，对熵有贡献。(3)超流电子处在一种凝聚状态，即某一低能态，所以超导态是比正常态

6、更加有序的状态。这个假设的依据是：超导态在H＝Hc的磁场中将转变为正常态，而超导态的自由能要比正常态低0Hc2V/2(V是超导材料的体积)。超导态的电子不受晶格散射，所以超流电子对熵没有贡献。二流体模型对超导体零电阻特性的解释是：当T

7、兄弟在二流体模型的基础上，提出两个描述超导电流与电磁场关系方程，与麦克斯韦方程一起构成了超导体的电动力学基础。伦敦电磁学方程伦敦第一方程：伦敦第二方程：在稳态下，超导体中的电流为常值时，得到超导体内的电场强度等于零，说明了超导体的零电阻性质。超导体内，表面的磁感应强度以指数形式迅速衰减为零。两个伦敦方程可以概括零电阻效应和迈斯纳效应，并预言了超导体表面上的磁场穿透深度。描述一般导体：Maxwell方程+欧姆定律欧姆定律对于超导体适用吗？如何描述超导体呢？伦敦第一方程的提出欧姆定律：j=σEj∝E意味着：稳定的电场E产生稳定的电流j对于超导体：ρ=0，即σ→

8、∞j=σE需要修改(若j为有限值，即要求E处处为零。)伦敦第一方程