超导电性PPT课件

3、临界电流：
实验表明：在低于样品 Tc 的 任意温度下，当在超导体中通过 足够大的电流时也会破坏超导电 性。即，当 电流密度超过临界值 jc 时，超导态会被破坏而转变为 有电阻的正常态。jc 被称为超导 体的临界电流密度。
西尔斯比（Silsbee）定则：
Hc ( T ) Hc ( 0 )
0
p 超导相
二、完全抗磁性与迈斯纳（Meissner）效应：
直到1933年以前，人们从零电阻的事实出发，一直把超导 体和完全导体（或称无电阻导体）完全等同起来。
4、1987年：柏德诺兹（德国）、缪勒（瑞士）发现氧化 物高温超导材料
5、2003年：阿列克谢·阿布里科索夫、安东尼·莱格特
（美国）、维塔利·金茨堡（俄罗斯）“表彰三人在超导体
和超流体领域中做出. 的开创性贡献。”
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自1911年以来人类对超导电性的研究已经经历了一个世纪 的时间，回顾其发展历史，从总体上看已经跨越了三个阶段：
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其中 Hc （0）是外推到温度 为绝对零度时的临界磁场的
磁场强度。 Hc （T）随 T 的 变化曲线如图：
Hc（奥斯忒） 钒
铌 铌 （不纯） （纯）
临界磁场强度随温度变化实验曲线
.
钽
铅 汞 錫 铟 铝
温度 K 临界磁场强度随温度变化实验曲线 6
这一 Hc （T）随 T 的变化曲线： 类似于物质三态中熔解或汽化相变的 p -T 曲线。
重複實驗後確認，汞已经轉移到一個新
的狀態，昂尼斯將具有此特殊导電性的
狀態定名為超導態，並稱發生此突然變 化的溫度為超導臨界溫. 度，用 Tc表示。 水银样品的电阻与绝对温度的3关系
实际导体从正常态转变为
超导态时，电阻变到零是在一 定间隔ΔTc 内完成的，我们称 这个温度间隔为转变宽度。对
于很纯的无应力的单晶样品， ΔTc≤ 10-3K。但对一些合金或 化合物特别是高温氧化物超导 体中， ΔTc 的宽度可达几 K 甚 至几十 K 。这时往往要指明 Tc 是零电阻转变温度还是起始转
jc(T)2r Hc(T) Hc(T)Hc(0)1TTc 2
jc(T)
jc(0)1TTc
2
其中：j（ c 0）
2 r
Hc(0)
为 T= 0 K 时的超导体的临界电流密度。
但必须指出：第二类超导体并不遵守西尔斯比定则。
小结：
度以1下. 临才界能温保度持（其T超c）导—性—。超导体必须冷却至某一临界温
与圆柱轴线平行的外 磁场。
实验表明：在低于样品 Tc 的任意温度下，当外磁场强度 H 小于某一确定值 Hc 时，超导体具有零电阻。当 H 大到 Hc 时， 电阻突然出现，超导态被破坏而转变为正常态。Hc 被称为超 导体的临界磁场。
临界磁场强度 Hc 是温度的函数，可近似地表示为：
Hc(.T)Hc(0)1TTc 2
正常相
超导体相图 Tc T
在无外加磁场的情况下，临界电流在样品表面所产生的磁 场恰好等于 Hc 。
以半径为 r 的超导体内的长直电流为例：设其中通过电流的 强度为 I 时，在超导线. 表面处产生的磁场的磁场强度为 H 则有7 ：
H I jr2 1jr 2r 2r 2
如果电流足够大，使得 H 超过 Hc(T) ，那么超导态就会被 破坏，按西尔斯比定则可得出临界电流密度的表达式应为：
第十三章论意义又具有巨大应 用前景的研究领域。
超导与诺贝尔奖
1、1913年：卡末林－昂内斯（荷兰）关于低温下物体性 质的研究和制成液态氦
2、1972年：巴丁、库柏、施里弗（美国）创立BCS超导 微观理论
3、1973年：江崎玲于奈（日本）发现半导体隧道效应； 贾埃弗（美国）发现超导体隧道效应；约瑟夫森（英国）提 出并发现通过隧道势垒的超电流的性质，即约瑟夫森效应
中的应用提供了条件，从此人类逐步进入了超导技术开发的时 代。
正像一个孩子从出生到长大成人一样，现在可以说超导科
学与技术已经步入了他的青壮年时期，正像早晨八、九点钟的
太阳一样前途不可限量. 。
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§1、超导体的基本特征
超導現象是指材料在低於某一溫度時，電阻變為零的現象，
而這一溫度稱為超導轉變溫度。 ★ 超導現象的两个基本特征： 零電阻和完全抗磁性。
变温度。通常也把样品电阻下
降到正常电阻值的一半时所处 的温度定为Tc 。
几种典型的高温超导材料的ρ(T)
柯林斯（Collins）等人的的研究证明超导态铅的电阻率小
于 3.6×10-23欧姆·厘米。
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2、临界磁场：
考虑一圆柱形超
导体，其长度比直径
大得多，可近似认为
是无限长。降低温度 到超导转变温度 Tc 以 下，再加上一个方向
第一阶段：1911年 ~ 1957年。从昂尼斯发现超导电现象到 超导现象的BCS理论问世，这属于人类发现超导电性并对其产 生的原因进行初步探索的基本认识阶段。
第二阶段：1958年 ~ 1985年。这属于人类对超导技术应用 的准备阶段。
第三阶段：1986年4月 IBM 的苏黎世实验室的 Muller 和 Bednoez 发现超导转变温度高于 30K 的超导材料后，1987年中 国科学院赵忠贤等获得了 La – Sr – Cu – O 超导材料，其起始 转变温度最高达 48.6K。1987年2月6日美国朱经武小组宣布制 成转变温度在液氮沸点以上的的超导材料，在 80K ~ 93K 温区 内获得了稳定的超导转变。 所有这些都为超导在实际生产技术
★ 超導現象的三个临界参数： 临界温度 Tc ，临界磁场 Hc ，临界电流密度 jc 。
一、超导电基本现象：
1、零电阻现象与临界温度： 昂尼斯于1908 年成功地將氦氣液化 後，於 1911年首度觀察到汞金屬（Hg） 在 4.15 K 時出現電阻突然消失的現象 （如圖 ），实际上这时汞的电阻值与摄
氏零度时汞的电阻值之比，由大约 1/500 突然下降到小于百万分之一。經過一再
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须小于2. 某临一界临电界流电密流度密（度Jc）才—能—保通持过超超导导体体的的超电导流性密。度必
3. 临界磁场（Hc）——施加给超导体的磁场必须小于某 一临界磁场才能保持超导体的超导性。
以上三个参数彼此关联。超出任何一个都会破坏超导 态。它们决定材料的使用价值，参数的值越大越好，越有 利于使用。