超导物理基础1

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2-3 超导体的基本理论

（2）BCS理论二流体模型和伦敦方程虽然可以解释一些超导现象，
但是不能揭示那种奇异的超导电子究竟是什么。1957年，巴丁、库柏和施里佛提出了超导电性量子理论，称为BCS 超导微观理论。1972年获得了诺贝尔物理学奖。
BCS理论证明了低温下材料的超导电性起源于物质中电子与声子的相互作用。当电子间通过声子的作用而产生的吸引力大于库仑排斥力时，电子结合成库柏电子对，使系统的总能量降低而进入超导态。在超导的基态与激发态之间有一等于电子对结合能的能隙△（T），超导电子对不接受小于能隙的能量。
M Tc 常数
对于大多数超导体，α=1/2。同位素效应使人们想到电子-声子相互作用与超导电性有密切的联系，因而对超导理论的建立产生了重要的影响。需要指出的是高温氧化物超导体表现出很弱的同位素效应。
2.3.4 超导电性的微观机制自超导现象发现以来，科学界一直在寻找能解释超
导这一奇异现象的理论，先后提出唯象理论，BCS理论等。这些理论各有其合理性，同时也存在局限性。他们在机理上并不互相排斥，相反可以互相补充。但到目前为止，所有理论的一个严重不足之处就是，他们并不能预测实际的超导材料的性质，也不能说明由哪些元素和如何配比时才能得到所需临界参量的超导材料，尤其对于高温超导现象还没有比较完善的理论加以解释。下面简单介绍解释超导电现象的理论和微观机制。
晶体中电子是处于正离子组成的晶格环
境中，带负电荷的电子吸引正离子向它
靠拢；于是在电子周围又形成正电荷聚
集的区域，它又吸引附近的电子。电子
间通过交换声子能够产生吸引作用。
电子与正离子相互作用形成库柏电子对示意图
当电子间有净的吸引作用时，费密面附近的两个电子将
形成束缚的电子对的状态，它的能量比两个独立的电子的总

超导和低温物理学

超导和低温物理学超导和低温物理学是研究物质在极低温下展现出的特殊性质和现象的学科。

在这个领域中，人们对材料的导电性、磁性和热性质等进行研究，以探索新的物理现象和发展先进的技术应用。

本文将介绍超导现象和低温物理学的基本概念、历史背景以及相关应用。

一、超导现象超导现象是指在低至绝对零度（-273.15℃）附近的温度下，某些材料的电阻突然消失，电流得以无阻碍地通过，表现出理想的导电性。

这一现象首次被荷兰物理学家海克·坦·迪伦（Heike Kamerlingh Onnes）于1911年发现，并因其显著的导电性而被称为“超导”。

超导现象发生的关键是电子对的库珀对形成。

在普通材料中，由于电子之间的库仑排斥作用，电子以单个方式运动。

然而，在极低温下，当电子与晶格振动相互作用时，电子之间形成了库珀对。

这种库珀对的形成使电子不受散射，从而导致了电阻的突然消失。

超导材料通常分为低温超导体和高温超导体两类。

低温超导体是指需要极低温度（通常在几开尔文）才能表现超导性质的材料，如铅、铝等。

而高温超导体则是在相对较高的温度（超过液氮沸点77K）下显示超导性质的材料，如铜氧化物和铁基超导体。

二、低温物理学的历史低温物理学的研究始于19世纪末，当时科学家们开始探索低温对物质性质的影响。

1911年，海克·坦·迪伦发现了超导现象，为低温物理学的发展开辟了新的研究领域。

在20世纪上半叶，随着冷凝物理学的快速发展，低温物理学得到了广泛关注。

科学家们通过对超导和其他低温现象的研究，改进了制冷技术，并开发了各种用于实验和应用的低温装置，如液氮和液氦冷却系统。

20世纪后半叶，随着高温超导体的发现，低温物理学进入了新的阶段。

高温超导体的发现引起了极大的关注，并激发了人们对超导机制和理论的深入研究。

这一领域的发展使超导技术在能源传输、医学成像等方面具有了更广阔的应用前景。

三、超导和低温物理学的应用超导和低温物理学的研究不仅推动了物理学的发展，也为现代科技和工业应用提供了许多革新性的技术。

高温超导材料及应用

Fe(Ni)pnictides:Tc,max~56K
二、超导研究的历史过程
1、1986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。
已知的超导元素
超导体的分类
.第II类超导体
两个临界磁场HC1、HC2
H.Hc1Meissner态，完全抗磁通B=0
Hc1.H.Hc2混合态，磁通格子态
磁通量子、磁通钉扎、流动、蠕动。
H.Hc2正常态
理想第II类超导体、非理想第II类超导体
第二类超导体相图
Meissner态
混合态
正常态
HC1
当HC1<H<HC2,
当H>Hc2,变成正常态.
MixedState,vortices混合态涡流
II类超导体磁通穿透
合金及化合物超导体
Cs3C6040K(Highest-TcFulleride)MgB239KBa0.6K0.4BiO330K
Nb3Ge23.2KNb3Si19KNb3Sn18.1KNb3Al18K
V3Si17.1KTa3Pb17KV3Ga16.8KNb3Ga14.5K
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
三、高温超导体研究的重大突破
1986年Müller和Bednorz发现高温超导体

超导体的基本理论

16
能斯特效应探测到了超导转变温度以上温区一定范围内存在磁通涡旋激发，支持了高温超导体赝能隙态中存在有限的超导序参量振幅和强烈的相位涨落图。由于高温超导铜氧化物的超导能隙和赝能隙都是各向异性的，而且被证实具有d波对称，人们很自然地将赝能隙产生的原因和超导能隙联系起来。
阿布里科索夫利用G-L理论计算了S波超导体的磁通晶格，发现在上临界磁场附件磁通晶格应该是一种三角点阵。
1 i eA 2 其中 A(r) B(r)
2m
B(r)是超导体内部的磁场
gs (H ) gn (0)
2
2
4 1 2m
i
eA 2 B2
20
BH
10
如何得到GL方程？
将 gs (H ) 分别对和A求极值，由常规的变分可得：
gs (H ) 0
1 (i eA)2 2 0 GL-I
gs 是超导态的Gibbs自由能密度。
对于第三点假设， GL假定：
(T ) (Tc ) c
(T
)
(T
Tc
)( d
dT
)T Tc
9
如何得到GL方程？
当超导体置于磁场中时，能量将发生变化：
1）磁场能密度 B2 20 B H
2）磁场将导致在空间的不均匀性，所以要附加一项与的梯度有关系的额外能。从量子力学知道梯度项将贡献于电子的动能密度。为了保持规范不变，GL假设额外的能量密度项是
赝能隙现象： •正常相中出现的类似于超导能隙的现象 •超导电子配对好像在相变之前就存在，但没有形成宏观相干
17
缺陷密度的分布导致电子运动的平均自由程在空间有涨落，因此能够影响到潮流子的动能项，从而起到钉扎作用。 ✓表面势垒和几何势垒

超导物理学基础

超导物理学基础超导物理学是研究超导现象及其应用的领域，是固态物理学中一个重要的分支。

本文将介绍超导物理学的基础知识，包括超导现象的起源，超导材料的分类，超导性质的基本特征，以及超导技术的应用。

1. 超导现象的起源超导现象最早于1911年由荷兰物理学家海克·卡末林发现。

当金属被冷却到某个临界温度以下时，其电阻突然变为零，这一现象被称为超导现象。

卡末林还发现，超导体在超导状态下可以产生强磁场，即所谓的"迈森效应"。

进一步研究表明，超导现象与电子在晶格中的相互作用密切相关。

2. 超导材料的分类超导材料根据其临界温度可分为低温超导体和高温超导体。

低温超导体是指临界温度较低（如液氮温度以下）的材料，如铅、铝等金属。

高温超导体是指临界温度较高（如液氧温度以上）的材料，如铜氧化物、铁基超导体等。

高温超导材料的发现在超导物理学领域引起了巨大的轰动，也为超导技术的应用提供了更多的可能性。

3. 超导性质的基本特征超导体具有三个基本特征：零电阻、迈森效应和完全排斥磁场。

零电阻是超导体最显著的性质之一，超导体在超导状态下的电阻为零，电流可以无阻碍地通过超导体。

这个性质使得超导体在电能输送方面具有巨大的应用潜力，如超导电缆和超导磁体等。

迈森效应是指超导体在超导状态下产生的强磁场。

当超导体被置于外部磁场中，超导体内部将出现等效的反向磁场，使得两个磁场相互抵消，从而导致超导体内磁场为零。

这一效应在磁共振成像等领域有着广泛的应用。

完全排斥磁场是超导性质的又一个重要特点。

当超导体被置于外部磁场中时，磁场会被完全排斥，只有在超过一定磁场强度时，超导体才会逐渐恢复正常状态。

这一特性有助于超导体的磁浮和磁悬浮等应用。

4. 超导技术的应用超导技术在各个领域都有着广泛的应用。

其中，超导磁体是最为常见和重要的应用之一。

超导磁体的强大磁场可以被用于核磁共振成像、粒子加速器、磁控核聚变等领域。

同时，超导磁体也可以用于制冷技术，如超导电磁铁和超导电缆等。

超导材料基础知识介绍

超导材料基础知识介绍超导材料具有在一定的低温条件下呈现出电阻等于零以及排斥磁力线的性质的材料。

现已发现有28种元素和几千种合金和化合物可以成为超导体。

特性超导材料和常规导电材料的性能有很大的不同。

主要有以下性能。

①零电阻性：超导材料处于超导态时电阻为零，能够无损耗地传输电能。

如果用磁场在超导环中引发感生电流，这一电流可以毫不衰减地维持下去。

这种“持续电流”已多次在实验中观察到。

②完全抗磁性：超导材料处于超导态时，只要外加磁场不超过一定值，磁力线不能透入，超导材料内的磁场恒为零。

③约瑟夫森效应：两超导材料之间有一薄绝缘层（厚度约1nm）而形成低电阻连接时，会有电子对穿过绝缘层形成电流，而绝缘层两侧没有电压，即绝缘层也成了超导体。

当电流超过一定值后，绝缘层两侧出现电压U（也可加一电压U），同时，直流电流变成高频交流电，并向外辐射电磁波，其频率为，其中h为普朗克常数，e为电子电荷。

这些特性构成了超导材料在科学技术领域越来越引人注目的各类应用的依据。

基本临界参量有以下 3个基本临界参量。

①临界温度:外磁场为零时超导材料由正常态转变为超导态(或相反)的温度，以Tc表示。

Tc值因材料不同而异。

已测得超导材料的最低Tc是钨，为0.012K。

到1987年，临界温度最高值已提高到100K左右。

②临界磁场：使超导材料的超导态破坏而转变到正常态所需的磁场强度，以Hc表示。

Hc与温度T 的关系为Hc=H0[1-(T/Tc)2]，式中H0为0K时的临界磁场。

③临界电流和临界电流密度：通过超导材料的电流达到一定数值时也会使超导态破态而转变为正常态，以Ic表示。

Ic一般随温度和外磁场的增加而减少。

单位截面积所承载的Ic 称为临界电流密度，以Jc表示。

超导材料的这些参量限定了应用材料的条件，因而寻找高参量的新型超导材料成了人们研究的重要课题。

以Tc为例，从1911年荷兰物理学家H.开默林－昂内斯发现超导电性(Hg，Tc=4.2K)起，直到1986年以前，人们发现的最高的 Tc才达到23.2K(Nb3Ge，1973)。

超导体的工作原理

超导体的工作原理超导体是一类具有特殊性质的物质，其工作原理基于超导现象的产生和传输电流的方式。

超导体的工作原理可以从以下几个方面来详细解释。

1. 超导现象的产生超导现象是指在低温条件下，某些物质的电阻突然变为零，电流可以无阻碍地通过。

这是由于超导体中存在一种特殊的电流传输机制——库珀对的形成。

库珀对是由两个电子组成的配对，它们可以以零电阻的方式穿过超导体结构，从而导致超导现象的发生。

2. 临界温度超导体的工作需要低温条件下进行，这是因为超导现象只在临界温度以下才能发生。

临界温度是超导体能够实现零电阻状态的最高温度，不同的超导体材料具有不同的临界温度。

目前已经发现的超导体材料中，最高的临界温度约为-135摄氏度，这意味着超导体需要冷却到非常低的温度才能产生超导现象。

3. 超导体的结构超导体通常采用复杂的结构来实现超导性。

其中一种常见的结构是由导体和绝缘体组成的层状结构，导体层用于传输电流，而绝缘体层则用于限制电流的散失。

这种结构可以降低电流的损耗，从而提高超导体的效率。

4. 凝聚态物理学理论超导体的工作原理可以用凝聚态物理学的理论来解释。

凝聚态物理学研究微观粒子在固体中的行为，通过量子力学的原理来解释超导现象。

其中一个重要的理论是BCS理论，它解释了超导现象与电子之间的配对有关。

根据BCS理论，超导体中的电子通过和晶格振动相互作用，形成库珀对，从而实现零电阻。

5. 应用领域超导体的工作原理为其在各个领域的应用提供了基础。

超导体的零电阻特性使其在能源输送和储存方面具有潜在的应用价值。

例如，超导电缆可以将电能远距离传输而几乎不损失能量，这对于大规模输电系统来说具有重要的意义。

此外，超导体还被广泛应用于磁共振成像、粒子加速器等领域。

总结起来，超导体的工作原理是基于超导现象的产生和电流的传输方式。

超导体通过低温条件下的库珀对形成实现零电阻，这需要复杂的结构和凝聚态物理学的理论解释。

超导体的工作原理为其在能源输送、磁共振成像等领域的应用提供了基础。

超导简介

金属导体的电阻
金属中的原子离解为带负电的自由电子和带正电的离子，离子排列成周期性的点阵。在金属的 T ＞ Tc 的情况下，自由电子在金属导体中运动时，它与金属晶格点阵上的离子发生碰撞而散射，这就是金属导体具有电阻的原因。
当金属的 T ＜ Tc 时，导体具有超导电性。
BCS理论
认为，自由电子在点阵中运动时，由于异号电荷间的吸引力作用，影响了晶体点阵的振动，从而使晶体内局部区域发生畸变，晶体内部的畸变可以像波动一样从一处传至另一处。从量子观点看，光子是光波传播
抗磁质，物质具有抗磁性 ) ，超导体具有完全抗磁性 ( perfect diamagnetism )。也称为迈斯纳效应 (
Meissner effect ) 。
迈斯纳效应表明，处于超导态的超导体是一个具有完全抗磁性的抗磁体。实际上磁场强度 B 有一穿透深度
B B0 e
x
伦敦方程表明：静电时超导体内电场为零，
E=0
即完全抗电体。第二伦敦方程表明：超导电流是有旋的，可以在一环形回路中形成持续的超导环流。伦敦方程可以证明 js 和 B 都只存在于超导体表面厚度约为的一层内，亦即有迈斯纳效应。

m 0 ns q
2
称为伦敦穿透深度，实验测出约 50 nm 。
1. 第一类超导体只有一个临界磁场 Hc 和正常态、超导态两种状态的超导体叫第一类超导体。 2. 第二类超导体具有两个临界磁场 Hc1、Hc2 ，并且可以经历超导态、混合态和正常态这三种状态的超导体，叫第二类超导体。
第二类超导体又有理想第二类超导体和非理想第二类超导体的区别。
体内的磁感应线似乎一下子被“排斥” 出去，保持体内磁感应强度 B=0。实验表明，不论在进入超导态之前金属体内有没有磁感应线，当它进入超导态后，只要外磁场 B0 ＜ Bc，超导

超导物理的基本概念及应用

超导物理的基本概念及应用1. 超导现象的发现超导现象是指在特定条件下，某些材料的电阻突然降为零的现象。

这个现象最早由荷兰物理学家海克·卡末林·昂内斯在1911年发现。

他在实验中发现，当汞的温度降至4.2K（-268.95°C）时，其电阻突然下降到无法测量的水平。

此后，许多其他材料也被发现在超低温下表现出超导性质。

2. 超导物理的基本概念2.1 库珀对超导现象的微观解释是库珀对理论。

1956年，美国物理学家列昂·库珀提出了库珀对的概念。

库珀对是由两个电子组成的束缚态，它们之间通过声子相互作用而保持相对稳定的状态。

在超导体中，大量的库珀对可以无阻力地通过材料，从而实现零电阻。

2.2 伦敦方程伦敦方程是描述超导材料中磁场的分布的方程。

英国物理学家弗雷德里克·伦敦在1935年提出了这个方程。

伦敦方程表明，在超导体内部，磁场线是圆形的，且相互排斥。

这种现象称为迈斯纳效应。

2.3 临界温度和临界磁场临界温度（Tc）是指材料从正常态转变为超导态的温度。

临界磁场（Hc）是指材料能够承受的最大磁场。

不同材料的临界温度和临界磁场不同。

例如，汞的临界温度为4.2K，临界磁场为1.8T；铝的临界温度为13.5K，临界磁场为1.2T。

3. 超导体的类型根据临界温度的不同，超导体可以分为三类：3.1 高温超导体高温超导体是指临界温度在液氮温度（77K）以上的超导体。

高温超导体的发现是超导物理研究的重要突破。

1986年，德国物理学家卡尔·穆勒和俄罗斯物理学家亚历山大·阿布拉莫夫发现了第一个高温超导体——钇钡铜氧化物（YBCO）。

高温超导体的出现使超导技术的应用成为可能。

3.2 低温超导体低温超导体是指临界温度在液氮温度以下的超导体。

常见的低温超导体有汞、铅、锡等。

低温超导体在实验室和研究领域中得到了广泛应用，如磁悬浮列车、核磁共振成像等。

3.3 室温超导体室温超导体是指在室温（约20°C）下就能表现出超导性质的材料。

大学物理中的超导现象超导材料的特性与应用

大学物理中的超导现象超导材料的特性与应用超导现象是指在低温下，某些材料的电阻突然降为零的现象。

这是由于超导材料的电子在低温下能够形成一种特殊的电子对，称为库伯对，这种电子对能够无阻碍地通过材料，从而使得电阻消失。

超导材料具有以下几个主要特性：1. 零电阻：超导材料在超导态下电阻为零，电流可以在材料内部自由流动而不损失能量。

这使得超导材料在电力输送和电子元件中具有极高的应用价值。

通过利用超导材料，电力输送的效率能够大大提高，减少能量损耗。

2. 完全反磁性：超导材料在超导态下表现出完全的反磁性，即能够将外部磁场完全排斥。

这个特性使得超导材料在磁共振成像、磁悬浮等领域得到广泛应用。

3. 邻近效应：超导材料在临界温度附近具有邻近效应，即在超导态和正常态之间存在过渡区域，该区域内电阻的大小随温度的改变而变化。

这种邻近效应可以用来制作超导量子干涉仪和超导量子比特等量子器件。

除了以上的特性，超导材料在磁场中还具有潜在的应用价值。

在高磁场条件下，超导材料可以产生巨大的电流密度，这使得它们在磁体领域得到广泛应用。

超导材料可以制作超导电磁铁，用于医学成像、粒子加速器等领域。

此外，超导材料还可以制作超导电缆、超导发电机等设备，用于实现更高效的能源转换和储存。

超导材料的应用还包括超导传感器、超导量子干涉仪、超导量子计算机等等，这些应用在量子信息科学、精密测量等领域有广泛的前景。

总结起来，大学物理中的超导现象是一种令人着迷的现象。

超导材料具有零电阻、完全反磁性和邻近效应等特性，可以在电力输送、电子元件、磁体、量子器件等领域得到广泛应用。

超导材料的研究和应用对于推动科学技术的发展具有重要意义。

超导现象解析

超导现象解析超导现象，是指特定物质在超低温条件下电阻率突然变为零的物理现象。

这种零电阻的状态被称为超导态，而具有这种性质的物质被称为超导体。

超导现象在科学研究、工业生产以及日常生活等领域都能找到具有标志性的应用。

一、超导现象的发现超导现象的发现源于1911年荷兰物理学家海克·卡末林·奥涅斯对于其低温实验的一次无意间的观察。

当他在进行制冷实验，降低物质的温度时，某些物质突然展现出零电阻的特性。

这对于当时物理学界来说是一个惊人的发现，它为理论物理学，尤其是固体物理学的发展提供了一个新的突破口。

二、超导现象的理解超导现象的根本机制在于它是量子力学效应的一种体现。

在传统的电导模型中，电子在移动过程中会受到杂质、晶格振动等的阻碍，导致电阻的生成。

但在超导态下，这些电子会形成一种特殊的配对状态，被称为库珀对。

库珀对并不会受到普通电子受阻的影响，它们可以在无阻力的状态下自由流动，因此导致电阻为零。

三、超导现象的应用超导现象因为其零电阻特性，在科技领域有着广泛的应用。

例如磁悬浮列车、量子计算机、医疗成像设备等都能看到超导现象的影子。

1. 磁悬浮列车：超导材料带来的零电阻特性使得磁力线可以永久存在，因此磁悬浮列车可以在轨道上高速稳定运行，有效节省能源。

2. 量子计算机：超导体提供了量子比特的物理实现方式。

超导量子比特的非常低的噪音和较高的保真度使得量子计算机可以在进行复杂计算时保持高效和精准。

3. 医疗成像设备：超导磁体在医疗图像诊断设备如磁共振成像（MRI）中发挥着关键作用。

利用超导磁体的强磁场和均匀磁场特性，MRI可以获得清晰的内部人体结构图像。

四、超导现象的挑战尽管超导现象的应用前景十分广阔，但在实际应用中还面临许多挑战。

首先，目前的超导体材料大多需要在超低温条件下才能展现超导特性，这对于实际的生产和使用带来了极大的困难。

此外，目前的超导材料以及制备超导材料的技术还存在着诸如成本高昂、规模小、效率不高等问题。

超导材料

1986年——瑞士科学家贝德诺兹和缪勒，发现高温超导铜氧化物。30K左右的钡镧铜氧。 1986年——朱经武发现Tc=52k的BaLaCuO. 1987年——赵忠贤、陈立泉研制成功Tc=93k的 YBaCuO。 1988-2000年——高温超导体迅猛发展，Tc不断升高已达132k. 2008年2月日本和中国科学家发现了一类新的高温超导材料——铁基超导材料。东京工业大
理论基础—BCS超导理论
1956年的时候，美国物理学家库柏提出了一个重要的观点：当满足一定条件，在电子和电子之间存在有吸引力时，这两个电子就会形成一个 “ 电子对 ” ，它们被束缚在一起。这样的 “ 电子对 ” 称为 “ 库柏对 ” 。电子在晶格点阵中运动，它对周围的正离子有吸引作用，从而造成局部正离子的相对集中，导致对另外电子的吸引作用。这种作用可以用电子声子相互作用模式处理。
学的研究小组发现临界温度达26k的镧氧氟铁砷
超导材料LaO0.5F0.5FeAs。 2011年，日本发现了一种新的超导体材料—— BiS2基超导体。LaO1-xFxBiS2的Tc=10.6k
四、超导材料的应用
应用一，输电电缆、电机、储能
零电阻效应高温超导输电线可大大节约电能一般的铜线高架远距离输电，输电线路电能损失达5%— 15%。就美国太平洋煤气电力公司而言，一年线路电能损失达2亿美元，如果用高温超导线路远距离输电，则可以避免电能的损失。届时，我国西南丰富的水能资源即全部开发出来，通过高温超导输电线路，输送到东南沿海经济发达地区，解决这些地区的缺电问题。超导电机：无热损耗，电能全部转化。超导储能：非常高的能量密度，可以无损耗贮存巨大的能量。
常规超导材料
弱电超导材料：只涉及小电流和弱磁场。弱电应用的超导材料多数情况下是先做成薄膜，然后由膜加工成适当的元器件。例如，目前最准确的电压标准仪器，其心脏部件是4个铅膜——氧化铅膜——铅膜做成的约瑟夫森结。

超导理论概述

2、临界磁场
HC H0 [1 ( T / TC ) 2 ]
（1）定义
一定温度下破坏超导态的最小磁场称为临界磁场，
对于纯金属，通常把恢复到 /2时的磁场定义为。
（2）分类
Hc
Hc
正常态
Hc2(0)
正常态
Hc(0)
混合态
Hc1(0)
超导态
超导态
Tc
第Ⅰ类超导体
第Ⅱ类超导体
Tc
一团正电荷在运动。这些等效正电荷就对这个电子的负电荷起到一个屏蔽作用，使得超过一定距离的
两个电子之间不再有静电斥力作用（这个距离由Debye屏蔽长度来代表）。
电子--声子相互作用
Always believe that something wonderful is about to happen.
2、Cooper电子对
仍然考虑一个平面界面的半无限的理想导体，平行于这个
界面加外加磁感应强度_a，并令垂直于此面的方向为方向：
当 = 时，磁场强度将为表面处值的1/，令 = ，
这个距离叫做London穿透深度：
即：
05 理论基础
06 电声相互作用
目录
07 BCS方程
08 BCS理论的局限性
18
理论基础
超导电性
Always believe that something wonderful is about to happen.
3、临界电流密度j
一定温度下维持超导态所能流过的最大电流密度称为
临界电流密度j 。
T H C , TC 常数 ;
二流体模型：导体处于超导态时，自由电
子分为正常电子和超流电子两部分。两部分电

超导电磁的基本原理和应用

超导电磁的基本原理和应用超导电磁学是现代物理学中的一个重要分支，它利用超导材料的独特性质来产生极强的电磁场，为许多领域提供了高效的解决方案。

本文将介绍超导电磁学的基本原理和其应用。

一、超导电磁学的基本原理超导电磁学的核心原理在于超导态的存在。

超导态是指材料处于低温下，当电流通过它们时，自阻和磁阻均消失的状态。

在超导态下，电势差和磁场都可以从一个点传递到另一个点，而不会有电阻或磁阻的损失。

这种性质使得超导材料在电磁学中具有广泛的应用。

目前已经发现了多种超导材料，其中应用最广的是铜氧化物超导体和硬超导体。

当温度低于它们的超导转变温度时，超导材料的电阻将变为零，同时它们还具有完美的电磁场屏蔽性能。

这使得它们可以用来制造高强度磁场和高频率的微波。

二、超导电磁学的应用（一）磁共振成像磁共振成像（MRI）是一种医学图像技术，使用强磁场和无线电波来制造具有高分辨率的三维图像。

MRI技术是用来显示部位复杂的软组织结构，如脑、骨骼、胸腔、腹部等。

在MRI扫描过程中，高强度的磁场和无线电波会对人体产生一定的影响。

为了确保安全，医用MRI设备通常使用超导电磁体来产生磁场，这些超导电磁体可以大大减少电功耗，并且其强度可以达到22.5 Tesla。

这些强度在较短的时间内能够被产生，这对于MRI成像不可或缺。

（二）离子束束流离子束束流技术在半导体和医学领域都有广泛应用。

离子束束流可以在准确的位置精准地改变材料的特性，可以用于雷射微细加工、雕刻、化学制剂储存、以及医学肿瘤治疗等领域。

离子束束流是建立在强磁场和强电场基础上的技术。

超导磁体和超导电源能够产生必要的磁场和电流，以支持离子束束流的运动。

（三）高能粒子加速器高能粒子加速器是研究物理学的重要工具之一。

使用磁场可以加速带电粒子的运动，并且可以在对撞中获得大量数据。

超导电磁体是高能粒子加速器中重要的组成部分，而铜氧化物超导体磁体则被用作研究医学和材料科学的加速器。

（四）托卡马克等离子体托卡马克成为研究核聚变能的重要工具之一。

课外百科物理超导薄膜知识点

课外百科物理超导薄膜知识点超导薄膜是一种特殊材料，具有极低的电阻和磁场抗性。

它在很多应用中都具有重要的意义，如电力传输、能源储存、电子仪器等。

下面是一些关于超导薄膜的知识点。

1. 物理基础：超导薄膜是指在介质基底上制备的超导薄膜材料。

其中，超导是指在某一低温下，电流在材料中的流动变得完全没有阻力。

这种零电阻的现象是由于在超导材料中存在一种称为Cooper对的电子对，它们通过库仑相互作用而形成。

超导材料的磁场抗性是指在极低温下，材料对外加磁场表现出的排斥现象。

2. 超导薄膜制备：超导薄膜的制备通常采用物理气相沉积、激光脉冲沉积、化学气相沉积等技术。

制备过程需要在特定的温度和压力下进行，并且需要严格控制材料的成分和结构。

此外，制备超导薄膜还需要考虑到材料与底座的相容性，以及制备薄膜的纯度，韧性和稳定性等因素。

3. 超导薄膜的特性：超导薄膜具有很多特殊的物理特性。

首先，它们具有极低的电阻，可以实现零能耗的电流传输。

其次，超导薄膜的临界电流密度很高，意味着它们可以承受较大的电流密度而不会失去超导性。

此外，超导薄膜还具有极高的磁场抗性，可以在高磁场下保持超导态。

最后，超导薄膜的临界温度很低，通常在几十开尔文以下，这要求在制备和使用过程中需要保持很低的温度。

4. 应用：超导薄膜在许多应用中都起到了重要的作用。

首先，超导薄膜可以用于制造超导体磁体，用于核磁共振成像（MRI），加速器等领域。

其次，超导薄膜可以用于制造超导电缆，用于电力传输和分配，提高能源输送的效率。

此外，超导薄膜还可以用于制造高灵敏度的仪器和传感器，如超导量子干涉仪和超导量子干涉器等。

5. 挑战和前景：尽管超导薄膜在各个领域都具有重要的应用前景，但其制备和使用仍然面临着一些挑战。

首先，超导薄膜的制备技术需要进一步提高，以提高材料的纯度和均匀性，并且要降低制备过程中的成本。

其次，超导薄膜需要在极低的温度下才能实现超导性，这限制了其在一些领域的应用。

超导技术及其应用3篇

超导技术及其应用
第一篇：超导技术的基础
超导技术是一种研究低温物理的技术，也是一种能源和
材料科学领域的前沿研究方向。

超导材料在低温下具有零电阻和无磁场的特性，这使得它们在磁条、MRI、磁悬浮、加速器、电缆、磁能传输和太赫兹等领域得到了广泛的应用。

超导材料的历史可以追溯到1911年。

当时，荷兰
Physica C.杂志上刊登了科学家Kamerlingh Onnes的一篇关
于汞的超导性实验。

在以后的几十年里，科学家们发现通过合金、金属、化合物和高温超导体等多种途径，可以制造出各种超导材料。

当前，学术界和工业界都在推动超导技术的研究和应用。

基础研究焦点是探索超导性和如何制造更加高效的超导材料。

另一方面，工业界则致力于开发超导技术所涉领域的商业应用。

随着数据处理能力的提升和低成本可靠性的提高，超导技术正日益成为实际应用的领导者之一。

超导技术主要涉及高温和低温两种状态。

高温超导体对
注入控制电流非常敏感，但可以在较高的温度下工作。

相比之下，低温超导体更加稳定，但需要更低的温度才能发挥其性能。

超导技术的发展是为了实现更加高效、可控和可扩展的超导材料。

超导材料是一种高技术含量的材料，仅有极少数国家能
够进行超导材料的研究和开发。

我们需要大力推进超导技术的发展和应用，促进超导技术在新能源、智能制造、交通运输、
医疗和环保等领域的应用。

超导技术将为我们带来更加可持续、更加便利、更加安全的生活。

物理中的超导性和超导现象

物理中的超导性和超导现象超导性的定义超导性是指某些材料在低于某一临界温度时，其电阻突然下降到几乎为零的现象。

这种现象最初由荷兰物理学家海克·卡末林·昂内斯于1911年发现。

他发现，当汞冷却到4.2K（-268.95°C）时，其电阻骤降至无法测量的水平。

此后，许多其他材料也被发现在超低温下表现出超导性。

超导现象的原理超导现象的原理至今尚未完全解释清楚，但普遍认为与材料的电子配对有关。

在超导体中，电子之间可以形成一种被称为库珀对的配对状态。

这种配对使得电子能够以无阻力的方式运动，从而实现了零电阻。

超导材料的分类根据超导材料的性质，可以将其分为两类：传统超导体和高温超导体。

1.传统超导体：指的是在极低温度下表现出超导性的材料，如汞、铅、锡等。

这些材料的临界温度都非常低，通常在液氮温度以下。

2.高温超导体：指的是在相对较高的温度下（仍低于液氮沸点）表现出超导性的材料。

高温超导体的发现是20世纪80年代物理学的重要突破。

目前，最常见的高温超导体是氧化物超导体，如YBCO（钇钡铜氧化物）。

超导体的应用超导体的零电阻性质使其在许多领域具有广泛的应用前景，主要包括：1.磁悬浮列车（Maglev）：超导磁悬浮技术是超导体在交通领域的重要应用。

利用超导体的零电阻性质，可以使列车悬浮在轨道上方，减少摩擦，实现高速运行。

2.超导电缆：超导电缆利用超导体的零电阻特性，可以实现高效、大功率的输电。

这有助于减少能源损耗，提高电网的传输能力。

3.医疗设备：超导体的应用使得核磁共振成像（MRI）等医疗设备能够更加高效、精确地工作。

4.科学研究：超导体在粒子加速器、量子计算等领域具有广泛的应用前景。

超导现象的研究超导现象的研究涉及到许多物理学领域的知识，如凝聚态物理、量子力学、统计物理学等。

物理学家通过实验和理论研究，不断探索超导现象的本质，以及如何应用超导材料。

1.实验研究：实验物理学家通过各种实验手段，如低温实验、电学测量、光谱分析等，研究超导材料的性质，以及超导现象在不同条件下的变化。

超导物理

《超导物理》课程教学大纲课程英文名称：Superconductivity physics课程编号：0332262002课程计划学时：32学分：2课程简介：本课程为专业任选课。

通过该课程的学习，学生可以掌握超导电性的基础知识、基本原理、概念及物理模型，使学生对超导有系统、深入地了解。

能提高本科生分析和解决实际物理问题的能力，为磁性材料物理本科生后续专业发展奠定理论基础。

本课程还适当介绍当前超导的科技发展，超导新材料的进展概况、超导的实际应用等。

一、课程教学内容及教学基本要求第一章超导电基本现象本章重点：超导体磁性的描述。

本章难点：超导体磁性的描述。

本章学时: 4学时教学形式:讲授教具: 黑板，粉笔第一节零电阻现象本节要求：了解金属的电阻随温度的降低而减小的现象。

（考核概率100%）。

第二节临界磁场本节要求：理解外加磁场达到一定程度时，超导态被破坏的现象。

（考核概率50%）。

第三节临界电流本节要求：了解通过超导体的电流达到一定程度时，超导态被破坏的现象。

第四节迈斯纳效应本节要求：理解除去零电阻外，超导体还有独特的磁特性的迈斯纳效应（考核概率50%）。

第五节对超导体磁性的两种模写本节要求：理解磁介质中磁场分布理论的两种观点，即分子电流观点与磁荷观点。

理解两种描述的基本公式。

（考核概率50%）。

第六节无电阻回路的特性本节要求：理解回路无电阻时磁通量保持常熟的特性。

第七节超导元素、合金及化合物本节要求：了解元素、合金及化合物在不同条件下的超导现象。

第二章超导相变热力学及二流体模型本章重点：1) 本章是本课程的重点内容之一，用热力学理论讨论超导态和正常态之间的相变问题。

2）掌握二流体模型对超导态的分析本章难点：超导态的自由能，二流体模型本章学时:5学时教学形式:讲授教具: 黑板，粉笔第一节磁化物体的吉布斯自由能本节要求：掌握：磁场中物体的吉布斯自由能，会做简单计算（考核概率100%）。

第二节在磁场中超导态的自由能本节要求：了解在磁场中超导态的自由能的计算（考核概率50%）。

超导物理基础ppt

TC2
T 2 与实验结果相同
H C H 0 1
TC
■
伦敦方程
■
超导体的电动力学方程
■
超导体的穿透深度
■ � Pippard非局域理论
参考资料：
《超导物理学》第三章
一、伦敦方程
1、伦敦第一方程

jn E
正常电子遵从欧姆定律
四、二流体模型
（Gorter & Carsimir, 1934）
1、实验证据
a. 超导实验和热力学结果表明：超导相的熵比正常相小
——超导相具有更高的秩序度
b. X射线晶体学表明：相变前后晶格点阵结构没有变化
c. 实验表明：超导相和正常相的与晶格振动有关的性质相同
如德拜温度、晶格比热的贡献
上述结果的启示：
T
实验结果：
可得：
1
1
s s TC t
s
1
cs T
(
)TC t
T
1
s
cs T
3TC t 3
T
3
1

2
(T ) 1 t
1 t
4
2
1
nS (T ) nS (0)(1 t )
T
sn ss T TC

其中 ex 是x方向的单位矢量。
稳恒条件下：
2 1
B 2 B=0
λ
z

d B 1
2 B0
2
dz

B0
2
成为
O
B
该方程的解为 B( z) B0 e z / (z 0)

对超导体基本认识

对超导体的基本认识一.超导现象的发现超导是某些金属或合金在低温条件下出现的一种奇妙的现象。

19世纪末，低温技术获得了显著的进展，曾一向被视为“永久气体”的空气被液化了。

1877年氧气被首先液化，液化点也就是我们所说的常压下沸点是-183℃（90K）。

随后人们又液化了液化温度是-196℃的氮气。

1898年杜瓦（）第一次把氢气变成了液体氢，液化温度为-253℃，他并发明了盛放液化气的容器——杜瓦瓶。

最先发现这种现象的是荷兰物理学家卡麦林·昂纳斯。

1908年卡麦林·昂纳斯液化氦（-259℃）成功，从而达到一个新的低温区（以下），他在这样的低温区内测量各种纯金属的电阻率。

1911年夏天，当昂纳斯的两个研究生在做低温实验时，偶然发现某些金属在极低温环境中，金属的电阻突然消失了。

昂纳斯接着用水银做实验，发现水银在时（约相当于-269℃），出现了这种超导现象；不但纯汞，而且加入杂质后,甚至汞和锡的合金也具有这种性质。

他把这种性质称为超导电性。

他又用铅环做实验，九百安培的电流在铅环中流动不止，两年半以后仍旧毫无衰减。

1932年霍尔姆和卡茂林－昂尼斯都在实验中发现，隔着极薄一层氧化物的两块处于超导状态的金属，没有外加电压时也有电流流过。

1933年荷兰的迈斯纳和奥森菲尔德共同发现了超导体的一个极为重要的性质。

二.超导体的基本性质1、零电阻效应在超导条件下，电阻等于零是超导体的最显著的特性。

如果将一金属环放在磁场中,突然撤去磁场,在环内就会出现感生电流。

金属环具有电阻R和电感L。

由于焦耳热损耗,感生电流会逐渐衰减到零，衰减速度与L和R的比值有关,L/R的值越大，衰减越慢。

如果圆环是超导体，则电阻为零而电感不为零；因此电流会毫不衰减地维持下去。

这种“持续电流”已在多次实验中观察到。

测量超导环中持续电流变化的实验给出，样品铅的电阻率小于×10-2欧姆厘米，它比铜在室温下的电阻率×10-6欧姆厘米还要小×1016倍。