（超导体的电磁性质）ppt课件.ppt

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1、§5超导体的电磁性质1超导电性:当温度下降到某临界温度Tc以下时，一些元素、化合物、合金和其他材料，电阻率下降为零。（自1911年以来发现）。1、概述220世纪70年代以前，超导临界温度一般为几K，不超过30K。这些超导体称为常规超导体。20世纪80年代以来，又陆续发现一系列有较高温度临界温度的超导材料。临界温度一般为数十K，超过100K。这些超导体称为高温超导体。高温超导体材料将会有广阔的应用前景。3超导体的宏观性质宏观量子效应：超导电性，抗磁性超导理论：建立在量子力学基础上的微观理论41935年London（伦敦）唯象理论和1950年Ginzberg-Landau（

2、金兹堡-朗道）唯象理论在一定程度上解释超导体的宏观量子性质。伦敦唯象理论以麦克斯韦议程为基础，建立超导电流与电磁场的局域关系。因未涉及微观机制，与实验结果有偏差。1953年Pippard（皮帕德）引入相干长度概念，提出非局域修正。1957年J.Bardeen（巴丁）,L.N.Cooper（库珀）,J.R.Schrieffer（施里弗）用电子声子机制建立了BCS理论，当材料处于超导状态时，费米面附近动量和自旋大小相等、方向相反的自由电子，通过交换虚声子产生的吸引力形成库珀对，库珀对不受晶格散射，是一种无电阻的超流电子。成功解释常规超导体的超导电性及系列性质。高温超导的微观

3、理论还有待完善。5超导体之所以引起人们的关注，是因为它具有与众不同的性质。超导体的独特电磁性质主要包括以下两个方面。2、超导体的基本现象6临界温度：图示是汞样品的电阻随温度变化关系。我们可以看到当温度4.2K以下时，电阻突然下降为零。这种电阻率为零的性质称为超导电性。开始出现超导电性的温度称为临界温度Tc，不同材料有不同的临界温度Tc。（1）超导电性7当物体处于超导状态时，若加上磁场，当磁场强度增大到某一临界值Hc时，超导性被破坏，超导体由超导态转变为正常态。Hc与温度有关。（2）临界磁场8当材料处于超导状态时，随着进入超导体内部深度的增加磁场迅速衰减，磁场主要存在于导

4、体表面一定百度的薄层内。对宏观超导体，可把这个厚度看成是零。近似认为超导体内部的磁感应强度B＝0。（3）迈斯纳效应（Meissner）1.如果物理初始处于超导状态，当外加磁场时，只要磁场不超过临界值Hc，磁场B不能进入超导体内。2.若把正常态物体放入磁场内，当温度下降使物体转变为超导体时，磁场B被排出超导体外。超导体的抗磁性与超导体所经过的历史无关超导体具有完全抗磁性称之为理想迈斯纳态不能理想化的状态称为一般迈斯纳态。9超导体内的电流超过某个临界值，超导体变成正常态。对应于：超过这个临界值的电流产生超过临界值的磁场。（4）临界电流10第一类超导体：元素超导体多属于此。存

5、在一个临界磁场。第二类超导体：合金和化合物多属于此。存在两个临界磁场。在小临界值以下，磁场完全被排出。在两临界值之间，磁场以量子化磁通线的形式进入样品中，使之处于正常态和超导态的混合态，每一条磁通线穿过的线长区域处于正常态，其余区域处于超导态。每一条磁通线的磁通量为一个磁通量子。磁通线整条产生与湮灭。随外磁场增大，穿过样品内部的磁通线逐渐增多，正常相区域逐渐扩大。在上临界值以上，无表面超导相的样品整个转变为正常态。此类超导具有较高的临界温度、临界磁场、通过较大的超导电流，故应用价值相应较大。（5）第一类和第二类超导体11实验发现，第一类复连通超导体，如超导环、空心超导圆

6、柱体，单连通和复连通的第二类超导体，磁通量只能是基本值0=h/2e=2.07×10-15Wb的整数倍。0称为磁通量子，h为普朗克常数，e为电子电荷的值。（6）磁通量子化123、伦敦唯象理论与皮帕德修正超导体具有的独特性质是来自于它所特有的电磁性质方程，超导体除了满足麦克斯韦方程，还满足伦敦第一和第二方程。13（1）伦敦第一方程超导性是一种量子现象。当物体处于超导状态时，一部分电子作完全有序运动，不受到晶格散射，没有电阻效应。其余电子仍属于正常电子。14n＝ns＋nn用二流体模型来描述这种情况。设超导体内的传导电子密度n为超导电子密度ns和正常电子密度nn之和相应地，

7、超导体内的电流密度J为超导电流密度Js与正常电流密度Jn之和J＝Js＋Jn15正常电流满足欧姆定律Jn＝σE由于超导电子运动不受阻尼，电场E将使电子加速，设v为超导电子速度，则有16------第一伦敦方程代替欧姆定律的超导电流方程超导电流密度Js＝-nsev因此可以得到17由伦敦第一方程可以导出超导体的零电阻性。在恒定情况下，超导体内的电流完全来自超导电子，没有电阻效应。Jn＝EE＝0恒定电流Jn＝0恒定情况18交变情况：有电阻损耗Jn＝E对低频交流电，电阻损耗是很小的19伦敦第一方程只导出了超导体的超导电性，还不足以完全描述超导体