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1、宁夏师范学院2010届本科生毕业论文超导电性及其应用李碧荷（物理与信息技术学院宁夏师范学院宁夏固原76300）摘要：比较系统地回顾了超导电性的发现和发展状况，简要综述了超导体的基本特征和超导电性的微观机理，并有选择性地介绍了一些影响比较大或者技术比较成熟的超导体的应用，同时指出目前对于高温超导电性的认识在理论、实验观察和应用研究上都是初步的,还需要进行更多的和更深入全面的研究。关键词:超导电性；零电阻效应；迈斯纳效应；Josephson效应;超导应用（加超导或超导电性）1超导电性的发现和发展概况1908年,,荷兰
2、莱登实验室在KamerlinOnnes（字体不对）的指导下经过长期努力，用液氢预冷的节流效应首次实现了氦气的液化,从而使实验温度可低到4～1K的极低温区,并开始在这样的低温区测量各种纯金属的电阻率。由于汞比其它金属更容易提纯。之后,他立即开始研究在这个温度范围内汞的电阻率变化。1911年,KamerlinOnnes[1]（文献标法不对，一般放在句末，而且用上标；你全改成上标即可）发现了一个非同寻常的现象：随着温度下降汞的电阻不是平滑地下降,而是在4.15K（4.15K）下突然降到零(当时能测到的电阻率下限为10-
3、16Ω·m（10-16Ω·m）),这是人们第一次看到的超导电性。后来的实验证明，电阻突变温度与汞的纯度无关，只是汞越纯，突变越尖锐。随后,人们在Pb及其它材料中也发现这种特性:在满足临界条件(临界温度Tc、临界电流Ic、临界磁场Hc)时物质的电阻突然消失,这种现象称为超导电性的零电阻现象。应该指出,只是在直流电情况下才有零电阻现象。从此，诞生了一门新兴的学科——超导。在低温下,随着电阻的消失,材料已出现了一种新的状态,这种状态被称作超导态,这种材料被称为超导体,超导体发生电阻跃变时的温度,叫做临界温度或转变温度，
4、用表示。进一步的实验表明,在外加强磁场的作用下,超导体将从超导态转变为正常态。使超导体从超导态转变到正常态的磁场称为临界磁场。一直到20世纪50年代,超导只是作为探索自然界存在的现象和规律在研究,1957年Bardeen、Cooper和Schrieffer[2]提出了著名的BCS理论,揭示了漫长时期不清楚的超导起因。1961年Kunzler将Nb3Sn制成高场磁体,开辟了超导在强电中的应用,特别是1962年Josephson（字体不对，用TimesNewRoman字体）7宁夏师范学院2010届本科生毕业论文效应的
5、出现,将超导应用推广到一个崭新的领域。到20世纪70年代超导在电力工业和微弱信号检测应用方面的进展显示了它无比的优越性,但由于临界温度低,必须使用液氦,这就极大地限制了它的优越性。从20世纪70年代起人们就将注意力转向寻找高温超导体上,在周期表上排列、组合成各种二元、三元合金或化合物,但进展一直不大,人们又去找四元化合物,仍无成效,1973年找到的最高临界温度是23.2K的Nb3Ge薄膜。直到1986年4月当瑞士苏黎世的IBM研究室的学者Bednorz和Muller[3]报道了La-Ba-Cu-O体系的超导转变温
6、度为36K时,人们是多么的激动,从而在世界范围内掀起了研究、探索高温超导材料的热潮。最引人注目的突破性进展是几个系列高温超导氧化物的相继问世。1987年初,美国的朱经武等[3]和中科院物理所的赵忠贤等[4]分别独立地发现了Tc超过90K的Y-Ba-Cu-O超导体,这是第一个液氮温区超导体,实现了Tc超出液氮沸点的重要突破。1988年又发现了更高Tc的两个系列超导氧化物:110K的Bi-Sr-Ca-Cu-O[5]和125K的Tl-Ba-Ca-Cu-O[6]系统,随后,Hg-Ba-Ca-Cu-O[8]等高温超导材料相
7、继问世,。1993年12月法国国家科研中心宣布也是在HgBaCaCuO体系中(估计是1234或1245结构)出现了-43℃～-3℃的超导现象,如果这一结果得到其他实验室的独立证实,那将是一种非常接近室温超导的材料。2000年,Schoen等人[7]报道采用在场效应晶体管结构下通过栅极诱导的空穴掺杂使C60的空穴密度显著增大,从而在很宽的空穴密度范围内观察到超导电性。2001年1月,Nagamatsu等人[8]报道发现了一种新的超导材料MgB2。它是简单的二元金属化合物,Tc=39K左右。在非铜氧化物和没有C60基
8、的超导材料中,其Tc已相当高,并且制作方法简单,因此在全世界范围内掀起了对其基础性质和实际应用进行研究的极大兴趣。2超导体的基本特征超导体有三个基本特征：一是零电阻效应；二是迈斯纳效应，三是Josephson效应。2.1零电阻效应2.1.1超导体的临界温度如前所述，超导电性是通过观察汞在4.2K附近电阻突然消失而发现的。我们把这个电阻突然消失的温度称为超导体的临界温度，用
