高温超导体YBCO的制备和超导转变温度Tc的测量

高温超导体YBCO的制备和超导转变温度Tc的测量

试验者：万霖指导老师：姚红英

概述

1.高温超导体的研究进展

2.YBCO（123相）超导单晶的结构与实验原理

3.实验过程简述

4.结论

高温超导体的研究进展

•1911年8月8日，Heike Kamerlingh Onnes发现汞在4.2K时的超导现

象

•20世纪50年代描述超导现象的理论逐步建立，主要包括用于描述超导电流与接近临街磁场强度的磁场关系的GL（Ginzburg-Landau）理论和由微观机制解释超导线性的BCS（Bardeen-Cooper-Schrieffer)理论

•1986年发现超导转变温度高于由BCS理论得到的麦克米兰极限的

高温超导体

•1987年发现YBCO高温超导体

超导现象简述

•零电阻效应

•完全抗磁性（迈斯纳效应）

YBCO（123相）超导单晶结构

•YBa2Cu3O7−x化合物的正交相

是一种超导体，样品的超导性

与x的值有很大关联，0≤ x≤

0.65 时，材料在Tc以下呈现超

导态超导层

样品制备

将Y2O3、BaCO3、CuO粉末

按Y:Ba:Cu=1:2:3的比例混合

研磨后进行第一阶段焙烧。

第一阶段焙烧完成后，使用

压片机将粉末压成片状然后进行

第二阶段焙烧。

将焙烧后的样品用打孔机打

孔，按照四电极法测电阻的连线

方式将样品连接在样品杆探头上第一阶段焙烧后的样品图

样品制备

四电极法测电阻图

实验连线图

YBCO样品

铂电阻

超导转变温度Tc的测量

1.在样品两段电极（1、4）上通5.00mA恒定电流，通过测量电极（2、3）之间的电压得到样品的电阻。

2.在铂电阻上通1.00mA恒定电流，通过测量铂电阻两端电压值来测定样品的温度

3.将样品杆放入装有液氮的容器瓶中，通过控制样品杆放入的深度来调控样品的温度，分别测量由室温降温至77K、由77K升温至室温时样品电阻随温度的变化。

超导转变温度Tc的测量

实验装置图通过控制样品杆放入的深度来调控样

品的温度

样品杆探头

液氮液面

测量结果

降温过程升温过程

误差分析

1.降温过程前半段噪声较大，原因是因为样品杆位置靠近液氮瓶口时样品区域温度不稳定，导致测量的噪声较大。

2.升温过程末端靠近274K处有一个峰值，原因可能是因为降温过程中空气中的水蒸气凝结在样品表面，并在升温过程中融化，使样品受潮影响了测量的准确性。可以考虑在真空中降温提高测量的准确度。

误差分析

3.样品制备工艺较为简陋，样品的配比、研磨样品、焙烧样品的过程都存在误差，使得最终得到的样品中含有的YBCO（123相）超导单晶较为有限，测得的超导转变温度Tc=95K，与文献中测得的超导转变温度93K不一致。并且，达到零电阻状态后，电阻值仍不为零，因为有杂质引入剩余电阻。

结论

•实验测得YBCO样品的超导转变温度Tc=95K，并在88K时达到零电阻状态。

参考文献：

1.Wu M K, Ashburn J R, Torng C J, et al. Superconductivity at 93 K in a New Mixed-Phase Y-Ba-Cu-O Compound System at Ambient

Pressure[J]. Physical Review Letters, 1987, 171(11):1044-1044.

2.Sekitani T, Miura N, Ikeda S, et al. Upper critical field for optimally-doped YBa2 Cu 3 O 7− δ[J]. Physica B Condensed Matter, 2004, s

346–347(1):319-324.