超导材料的电磁特性.ppt

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1、超导材料的电磁特性近年来，高温超导材料的研究引起人们的广泛关注。YBaCuO、BiSrCaCuO等系列的超导转变温度Tc，超导电流等参数有了很大提高。高温超导线材与薄膜在应用方面也有了很大的突破。为了让学生及时了解和接触一些目前处于科学前沿的东西，将“超导材料的电磁特性”实验引入到近代物理实验课程当中。一、实验目的1.通过做本实验使学生对当今世界广泛关注的新型超导材料YBaCuO、BiSrCaCuO有初步的了解。2.测量超导材料电阻率随温度变化的特性曲线。3.了解超导材料的迈斯纳效应。4.了解超导材料的一些应用。二、实验原理1、超导转变温度和迈斯

2、纳效应某些材料被冷却到极低温度时呈现出异乎寻常的电、磁综合特性。所谓极低温度是由荷兰物理学家昂尼斯(H.K.0nnes)于1908年利用液氦所能达到的极低温度。3年后,1911年他发现纯汞(Hg)的电阻在这样低的温度下(约4.2K),小到了无法测量的程度。在这一温度下,汞的电阻不是平稳地下降,而是急剧下降,当低于这一温度时,汞便完全不显示电阻了,见图8-3-1。昂尼斯认识到,汞在4.2K以下时便进入一种新的状态,这种新的状态称为“超导态”。相应的物质(如Hg)称为超导体,后来发现许多金属及其化合物都具有超导电性。超导体失去电阻的温度称为超导转变温

3、度或临界温度,用Tc表示。至1973年人们发现超导转变温度最高的是Nb3Ge,临界温度为23K,从此以后一直没有进展。1986年1月IBM公司在瑞士苏黎士实验室的两名研究员(Bednorz和Műller)发现了30K的超导材料。这种材料是一种氧化铜和钇加少量钡和锶、或钙的陶瓷材料,以此为基础,在国际上开始了高临界温度超导材料的研究热潮，1986年底便把超导材料的转变温度提高到了88K,首次突破使用液氮温度(77K)的大关。这两名研究员为此获得1987年诺贝尔物理奖。迈斯纳和奥斯菲尔德在1933年研究处于超导态样品体内的磁场时发现，不论是先降温使样

4、品进入超导态再加磁场，还是先加磁场再降温，当样品处于超导态时，体内的磁感应强度总是等于零，磁感应线完全被排出体外。即B=B0+μ0M=0。由此求得金属在超导电状态的磁化率为χ=μ0M/B0=1,是负值。以上B0是外加磁场H在真空中的磁感应强度。所以说,超导体是一个“完全抗磁体”，超导体的完全抗磁性称为迈斯纳效应。意义：（1）由于超导态的完全抗磁性与怎样进入超导态的历史无关，说明超导态是一个热力学平衡态。（2）超导态的完全抗磁性是独立于零电阻特性的另一特性，不可能从零电阻特性派生出完全抗磁性。超导态不是普通意义下的理想导体，完全抗磁性和零电阻特性

5、是超导态两个独立的基本特性。2、关于超导态现象的两种唯象模型1)、二流体模型二流体模型是1934年为了解释超导体的热力学特性提出来的。该模型认为超导体内的传导电子可分成两类：正常的传导电子和超导电子(或超流电子)。正常传导电子就是普遍意义下的自由电子，超导电子则是特殊状态下的电子，超导电子处在一种“凝聚”状态，它们聚集在一最低能量状态，其特点是不发生散射。该模型认为:两类电子占据同一体积，互相渗透，彼此独立地运动，超导电子浓度关系的经验定律为ns=n[1-(T/Tc)4]式中n是正常电子和超导电子的总浓度。ns为超导电子浓度。当T=0K时，ns=

6、n，所有电子都变成超导电子；随着温度的升高，超导电子减少；当T=Tc时,ns=0，所有电子都变成正常电子。可把ns/n作为有序化程度的一个量度,称之为有序参量或有序度。二流体模型可以说明零电阻特性。当T

7、界磁场Hc(T)。实验表明Hc(T)与温度有关，可由如下的经验公式描述：Hc(T)=Hc(0)[1-(T/Tc)2]式中Hc(0)为T=0时的临界磁场，显然有Hc(Tc)=0。按照临界磁场的数目，可把超导体分为两类：只有一个临界磁场的称为第一类超导体，它们在超导态具有完全抗磁性和零电阻性；有两个临界磁场的称为第二类超导体，它们在THc2时处于正常态，当Hc1(T)

8、Tc超导材料的电阻-温度特性测量与处理,亦可用于其它样品电阻-温度特性测量。它由安装了样品的低温恒温器，测、控温系统,数据采集、传输和处