超导材料及其应用.ppt

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1、第五章超导材料及其应用光电子材料Content一、超导体的基本知识（1）研究历史（2）三个基本物理特性（3）BCS理论二、超导体的分类（1）Ⅰ类和Ⅱ类超导体——按照磁化特性分类（2）低温超导体和高温超导体——按照工作温度分类三、低温超导体（符合BCS理论）（1）元素超导体（2）合金及化合物超导体（3）其他类型超导体四、高温超导体（1）第一代超导体——镧系（2）第二代超导体——亿系（3）第三代超导体——铋系、铊系、汞系五、超导材料的应用（1）磁悬浮列车（2）SQUID量子干涉传感器一、超导体的基本知识

2、——研究历史1、1973年以前超导研究过程1911年Onnes发现Hg在4.2K电阻突然下降为零1933年Meissner效应的发现1911-1932年间,以研究元素的超导电性。Hg、Pb、Sn、In、Ta….1932-1953年，发现了许多具有超导电性的合金。如Pb-Bi，NbC，MoN，Mo-Re…….1953-1973年，发现了一系列A15型超导体和三元系超导体。如Tc17K的V3Si，Nb3Sn；特别是Nb3Ga，Nb3GeTc23.2K1957年提出了BCS理论(1972年诺贝尔物理奖

3、)1962年发现了Josephson效应(1973年诺贝尔物理奖)卡末林·昂内斯H.Kamerlingh-Onnes(1853--1926)1913年，诺贝尔物理学奖，因对物质低温性质的研究和液氦的制备而获奖。2、1973-1986年超导临界温度的提高，停滞不前。Tc=23.2KNb3Ge(1973年发现)非常规超导体研究得到了蓬勃发展重Fermi子超导体非晶态超导体低载流子密度超导体磁性超导体低维无机超导体超晶格超导体有机超导体3高温超导体研究的重大突破1986年Müller(缪勒)和Bednor

4、z(柏诺兹)发现高温超导体1986.1La2-xBaxCuO435K1987.2YBa2Cu3O790K1988.1Bi-Sr-Ca-Cu-O80K,110K1988.3Tl-Ba-Ca-Cu-O130K1992Hg-Ba-Ca-Cu-O135K高温超导体的机理研究1987年两人获得诺贝尔物理学奖高温超导理论:下一个诺贝尔奖?一、超导体的基本知识——三个基本特性完全导电性——零电阻效应完全抗磁性——迈斯纳效应超导隧道效应——约瑟夫森效应同位素效应完全导电性定义：将超导体冷却到某一临界温度以下时电阻突

5、然降为零的现象称为超导体的零电阻现象，即超导体的完全导电性。高温超导体YBCO的电阻-温度曲线铅环中的电流不停地流动，形成一个永久的磁场，使一枚磁针悬浮在空中如果将这种导线做成闭合电路，电流就可以永无休止地流动下去。确实有人做了：将一个铅环冷却到7.25K以下，用磁铁在铅环中感应出几百安培的电流，从1954年3月16日直到1956年9月5日，铅环中的电流不停流动，数值也没有变化。零电阻零电阻是超导体的一个重要特性，实验表明：超导状态中零电阻现象不仅与超导体温度有关，还与外磁场强度和通过超导体的电流有

6、关，这意味着存在临界电流，超过临界电流就会出现电阻.零电阻对于温度为T(T

7、有关并依赖于温度。完全导电性（临界磁场、临界电流、临界温度）临界温度Tc临界磁场Hc临界电流密度Jc一些金属超导体临界磁场与温度的关系维持超导状态的必要条件超导体的临界参数完全抗磁性定义：在超导状态，外加磁场不能进入超导体的内部；原来处于外磁场中的正常态样品变成超导状态后，也会将原来在体内的磁场完全排出。这个性质称为完全抗磁性，又称为迈斯纳效应。球体磁悬浮演示超导体142kg磁悬浮列车理论解释：当一个磁体和一个处于超导态的超导体相互靠近时，磁体的磁场会使超导体表面中出现超导电流。此超导电流形成的磁场

8、，在超导体内部，恰好和磁体的磁场大小相等，方向相反。这两个磁场相互抵消，使超导体内部的磁感应强度为零，B=0，即超导体排斥体内的磁场。完全抗磁性超导隧道结（约瑟夫森结）示意图弱连接超导体：S-I-S两超导体中间的绝缘（真空，正常）层也能让超导电流通过的现象叫超导隧道效应。超导隧道效应约瑟夫森和贾埃弗的发现，对于研制高性能的半导体和超导体元器件具有很高的应用价值，并导致超导电子学的建立。(SQUID)科幻小说《约翰尼的记忆》中的仪器：同位素效应，同位素的质量越大，转变温