专题应用：超导材料.ppt

《专题应用：超导材料.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、超导材料福建农林大学材料科学与工程系超导材料主要内容零电阻现象1完全抗磁性－迈斯纳效应2产生超导电性的原因－BCS理论3超导临界条件4第一类和第二类超导体5超导材料的发展历史6超导材料的应用723451本节需掌握的重点超导体两个基本特征：零电阻效应和迈斯纳效应；超导体零电阻和完全抗磁性的原因；超导体的三个临界条件；超导体的两种基本类型；超导体的主要应用。1.4.1.零电阻现象常规导体电阻的成因：常规导体在传输电流时，电子会与导体原子组成的晶体点阵发生相互作用，将能量传递给晶格原子，晶格原子振动产生热量，造成电能的损失。常规导体电阻的负面作用：电力传输中电阻发热，浪费资源，增加用电成本；

2、超导零电阻现象的发现1.4.1.零电阻现象1911年荷兰的卡茂林·昂尼斯教授用液氦将水银冷凝成固态导线（-40℃），并将温度降低到－269℃左右时，水银导线的电阻突然完全消失，首次发现了超导体的零电阻现象。迈斯纳效应的发现：1933年德国物理学家迈斯纳发现在超导态下，超导体内部的磁场强度H总为零，即具有完全抗磁性，这种现象就称为迈斯纳效应。1.4.2.迈斯纳效应完全抗磁性的原因1.4.2.迈斯纳效应常规导体NorthSouth超导体NorthSouth外加磁场使超导体表面产生感应电流，该电流在超导体内产生的磁场和外磁场抵消，使超导体内部磁场为零。零电阻现象是超导现象的必要条件，但是电阻

3、为零叫理想导体≠超导体。零电阻现象和完全抗磁性是超导体两个最基本，而且互相独立的属性。只有同时具有零电阻和完全抗磁性才能称为超导体。1.4.2.迈斯纳效应1.4.2.迈斯纳效应北京有色金属研究总院研制的超导材料显示的迈斯纳效应1.4.3.超导隧道效应量子隧道效应：电子具有穿过比其自身能量还要高的势垒的本领。当然，穿透几率随势垒的高度和宽度的增加而迅速减小。例如：在两块常规导体Al中间夹入一层很薄的势垒（10-10m的绝缘层），在两块Al之间加上电势差，就有电流流过绝缘层，该电流是有电阻的，这是正常导体的量子隧道效应。约瑟夫森预言1962年，剑桥大学的博士后在极薄绝缘层（厚度约为1nm）

4、隔开的两个超导体断面处，电流可以穿过绝缘层。只要电流不超过某一临界值，则电流穿过绝缘层时将不产生电压，该电流是没有电阻的，称为超导隧道电流。超导隧道电流与库柏电子对相关，且电子对穿越势垒后仍保持为配对形式，这种不同于单电子隧道效应的新现象称为约瑟夫森效应。1.4.3.超导隧道效应1.4.4.产生超导电性的原因当在超导临界温度以下时，通过晶格振动（声子）为媒介的间接作用使电子之间产生某种吸引力，克服库伦排斥从而导致自由电子将不再无序地“单独行动”，并形成“电子对”。BCS理论：BCS理论不能解释30K以上的超导现象，特别是高温超导。电子对概念当温度T

5、珀对中的两个电子动量与自旋均等值相反，每一库珀对的动量之和为零。在外电场作用下，所有这些库珀对都获得相同的动量，朝同一方向运动，不会受到晶格的任何阻碍，形成几乎没有电阻的超导电流。当T>Tc时，热运动使库珀对被拆散为正常电子，超导态转变为正常态。1.4.4.产生超导电性的原因声子的交互作用使得库伦排斥的两个电子产生吸引形成电子对。两个电子组成电子对后，其中一个即使受到晶格振动或杂质的阻碍，另一个电子也会起调节作用，使电子通路不受影响，从而产生超导现象。温度对超导电性的影响：温度愈低，结成的电子对愈多，电子对的结合愈牢固，超导电性越显著。温度越高，电子对因受热运动的影响而遭到破坏，就失去

6、了超导性。1.4.4.产生超导电性的原因BCSTheory(1957)解释了超导电性现象的本质Bardeen,Cooper,Schrieffer分享了1972年Nobel物理学奖1.4.4.产生超导电性的原因1.4.5.超导体的临界条件温度T<临界温度Tc磁场强度H<临界磁场强度Hc在温度低于Tc，外加磁场强度H>Hc的磁场作用于超导体时，磁力线将穿入超导体，超导态被破坏而转入正常态。电流密度J<临界电流密度Jc同时,电流密度产生的磁场与外加磁场的矢量和应小于临界磁场强度Hc。电流强度I－单位时间通过某截面电荷的量；电流密度J－单位面积上通过的电流强度；注意区分：1.4.5.超导体的临

7、界条件超导临界参数之间的关系三个性能指标，相互制约；一般来说，指标越高越好。Jc1.4.5.超导体的临界条件超导临界温度Tc超导体从常导态转变为超导态的温度；即电阻突然变为零时的温度。由于组织结构不同，超导临界温度不是一个特定的数值，而是跨越一个温度区域；因此实际超导材料的临界温度用四个参数表征。1.4.5.超导体的临界条件实际超导材料的临界温度参数超导材料的临界温度起始转变温度Tc(onset)零电阻温度Tc(R=0)转变温度宽度ΔTc中间临