超导材料介绍
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
➢材料变为超导态后，电子结为 库珀对，能量降低2△，称其为 超导体的能隙。
2=6.4Tc[1(TTc)]12
20
2
正常态
正常态
能 费米能
量
超导态
费米能 超导态
T＝0K,
0K<T<Tc
超导体的能隙
能隙随温度变化的曲线
三、超 导 材 料的种类
周期表中的元素超导体
大多数过渡元素和稀土元素都具有超导性；碱金属、铜、银、金，以及 一些铁磁和反铁磁元素未发现其超导电性。元素超导体中，铌具有最高 临界转化温度(9.2K)；只有钒、铌和钽属于第二类，其他元素均属第一 类; 大多数超导合金和化合物则属于第二类。
超导体与理想导体的磁性质的区别
超导态是一个 热力学平衡现 象，抗磁性可 逆；理想导体 的这种磁性质 与加场过程有 关，不可逆。
3. 超导体的临界参数
➢临界温度Tc ➢临界磁场Hc ➢临界电流密度Jc
一些金属超导体临界 磁场与温度的关系
维持超导状态的必要条件
4. 超导隧道效应
弱连接超导体：S-I-S
1986年缪勒和柏德诺兹发现了钡镧铜氧体系高温超导化合物。于1987 年获得若贝尔奖。这一研究成果导致了多种液氮温区高温超导体材料 的出现，并宣告了超导技术开发应用时代即将到来。
金兹伯格
莱格特
阿布里科索夫
2003年诺贝尔物理学奖授予美国阿尔贡国家实验室的阿力克谢·阿 布里科索夫、俄国莫斯科莱伯多夫物理研究所的维塔利·金兹伯格 和美国伊利诺斯大学教授安东尼·莱格特，以奖励他们在超导和超 流理论方面的先驱性贡献。
超导隧道结（约瑟夫森结）示意图 两超导体中间的绝缘（真空，正 常）层也能让超导电流通过的现 象叫超导隧道效应。
物体是否为超导体的实验判据
电阻（率）-温度曲线，磁化率-温度曲线，比热容-温度曲线
实 例
水银的零电阻效应
MgB2的x-T曲线
锡在正常态(N)和超导态(S)的比热容
两类超导体
第一类（I型）超导体
超导材料介绍
超导材料简介
超导概述 超导电性的基本特征 超导材料的种类 超导材料的应用
一、超 导 概 述
昂内斯(1853～1926) 荷兰低温物理学家 1908年成功地液化了氦气，1911年发现了 某些金属在液氦温度下电阻突然消失，即 “超导电性”现象，于 1913年获诺贝尔奖。
昂内斯(中间白衣者)在他 所创立的低温实验室内
科学家2002年发现以钚为基础的新的超导体族
美国能源部洛斯阿拉莫斯科学实验室、佛罗里达大学和德国铀后元素 研究所，以约翰·尔拉奥博士为首的科学家小组首次发现钚的超导效 应，证实钚、钴和镓的合金在温度为18.5K时会变成超导体。
合金超导体
• 组成元素都具有超导性
合金 Nb3Sn Tc (K) 18.1
H
它们具有完全的迈斯纳效应（完
全的抗磁性）。如果外部磁场过 强，就会破坏超导体的超导性能。 Hc
正常态
这类超导体只有两个态，即低温 超导态和正常态。主要是金属超
超导态
导体。
0
Tc
T
第二类（II型）超导体
主要是合金和陶瓷超导体。它存在有两个确定的临界磁 场，即下临界场Hc1和上临界场Hc2。允许磁场通过。
吴茂昆
朱经武
钇钡铜氧化合物,1987年2月，92K
赵忠贤
陈立泉
锶镧铜氧(1987年初，48.6K)、钡镧铜氧、钇钡铜氧系材料， 铋系超导体
二、超导电性的基本特征
பைடு நூலகம்
Zero Resistance Meissner Effect Critical Properties Josephson Effects -
NbTi 9.5
V3Ga 16.5
Nb3Ge 23.2
• 组成元素只有一种是超导元素或都不具有超导性
合金
La2C3
C8K
Tc (K) 5.9~11.0 9.5
MgB2 39
化 合 物 超 导 体
从应用角度对超导材料分类
Type II
Most alloys, HTS, MgB2.
超导现象的物理本质
1957年由巴丁（Bardeen）、库珀（Cooper）和施 里弗（Sehriffer）合作创建了超导微观理论(BCS) 。
库珀 电子对
➢库珀电子对通过格波相互作用， 其作用范围为10-6～10-9m；
➢每个库珀电子对的总动量相当， 这是零电阻产生的根源；
氧 氮 氮 Hg In Sn Pb
90.2K 77.3K 4.2/1.7K 4.15K 3.4K 3.7K 7.2K
1957年巴丁、库珀和施里弗合作创建了超导微观理论 (BCS)，于1972年获诺贝尔奖。这一理论能对超导电性 作出正确的解释，并极大地促进了超导电性和超导磁体 的研究与应用。
约瑟夫森和贾埃弗的发现，对于研制高性能的半导体和超导体元器件具 有很高的应用价值，并导致超导电子学的建立。
No Power Loss Act as Magnet Tc, Jc, Hc Electron Tunnelling
1. 零电阻效应
不同导体的电阻-温度曲线
水银的零电阻效应
在特定的温度下材料的电阻突然消失的现象称为超导（电）现象，发生这 一现象的温度叫超导转变温度Tc，也叫临界温度。材料失去电阻的状态称 为超导态，存在电阻的状态称为正常态。具有超导态的材料称为超导材料。 零电阻效应是超导态的一个基本特征。
第二类超导体
H Hc2
B 0, r = 0
Mixed
S Hc1 B = 0, r = 0 Meissner
第二类超导体的相图
N
T Tc
混合态
T<Tc 0<H<Hc1
T<Tc Hc1<H<Hc2
Flux penetrates above the lower critical field Hc1
Superconductivity survives up to the upper critical field Hc2
2.迈斯纳效应
超导体排斥力使永久磁环悬浮
处在超导态的物体完全排斥磁场，即磁力线不能进入超导体内部，这一特 征叫完全抗磁性，通常也叫做迈斯纳效应，是超导态的另一个基本特征。
超导态为什么会出现完全抗磁性呢？
外磁场在试样表面产生感应电流（b）。此电流所经路径电阻 为零，故它所产生的附加磁场总是与外磁场大小相等，方向相 反，因而使超导体内的合成磁场为零。由于此感应电流能将外 磁场从超导体内挤出（c），故称磁抗感应电流，又因其能起 着屏蔽磁场的作用，又称为屏蔽电流。
2=6.4Tc[1(TTc)]12
20
2
正常态
正常态
能 费米能
量
超导态
费米能 超导态
T＝0K,
0K<T<Tc
超导体的能隙
能隙随温度变化的曲线
三、超 导 材 料的种类
周期表中的元素超导体
大多数过渡元素和稀土元素都具有超导性；碱金属、铜、银、金，以及 一些铁磁和反铁磁元素未发现其超导电性。元素超导体中，铌具有最高 临界转化温度(9.2K)；只有钒、铌和钽属于第二类，其他元素均属第一 类; 大多数超导合金和化合物则属于第二类。
超导体与理想导体的磁性质的区别
超导态是一个 热力学平衡现 象，抗磁性可 逆；理想导体 的这种磁性质 与加场过程有 关，不可逆。
3. 超导体的临界参数
➢临界温度Tc ➢临界磁场Hc ➢临界电流密度Jc
一些金属超导体临界 磁场与温度的关系
维持超导状态的必要条件
4. 超导隧道效应
弱连接超导体：S-I-S
1986年缪勒和柏德诺兹发现了钡镧铜氧体系高温超导化合物。于1987 年获得若贝尔奖。这一研究成果导致了多种液氮温区高温超导体材料 的出现，并宣告了超导技术开发应用时代即将到来。
金兹伯格
莱格特
阿布里科索夫
2003年诺贝尔物理学奖授予美国阿尔贡国家实验室的阿力克谢·阿 布里科索夫、俄国莫斯科莱伯多夫物理研究所的维塔利·金兹伯格 和美国伊利诺斯大学教授安东尼·莱格特，以奖励他们在超导和超 流理论方面的先驱性贡献。
超导隧道结（约瑟夫森结）示意图 两超导体中间的绝缘（真空，正 常）层也能让超导电流通过的现 象叫超导隧道效应。
物体是否为超导体的实验判据
电阻（率）-温度曲线，磁化率-温度曲线，比热容-温度曲线
实 例
水银的零电阻效应
MgB2的x-T曲线
锡在正常态(N)和超导态(S)的比热容
两类超导体
第一类（I型）超导体
超导材料介绍
超导材料简介
超导概述 超导电性的基本特征 超导材料的种类 超导材料的应用
一、超 导 概 述
昂内斯(1853～1926) 荷兰低温物理学家 1908年成功地液化了氦气，1911年发现了 某些金属在液氦温度下电阻突然消失，即 “超导电性”现象，于 1913年获诺贝尔奖。
昂内斯(中间白衣者)在他 所创立的低温实验室内
科学家2002年发现以钚为基础的新的超导体族
美国能源部洛斯阿拉莫斯科学实验室、佛罗里达大学和德国铀后元素 研究所，以约翰·尔拉奥博士为首的科学家小组首次发现钚的超导效 应，证实钚、钴和镓的合金在温度为18.5K时会变成超导体。
合金超导体
• 组成元素都具有超导性
合金 Nb3Sn Tc (K) 18.1
H
它们具有完全的迈斯纳效应（完
全的抗磁性）。如果外部磁场过 强，就会破坏超导体的超导性能。 Hc
正常态
这类超导体只有两个态，即低温 超导态和正常态。主要是金属超
超导态
导体。
0
Tc
T
第二类（II型）超导体
主要是合金和陶瓷超导体。它存在有两个确定的临界磁 场，即下临界场Hc1和上临界场Hc2。允许磁场通过。
吴茂昆
朱经武
钇钡铜氧化合物,1987年2月，92K
赵忠贤
陈立泉
锶镧铜氧(1987年初，48.6K)、钡镧铜氧、钇钡铜氧系材料， 铋系超导体
二、超导电性的基本特征
பைடு நூலகம்
Zero Resistance Meissner Effect Critical Properties Josephson Effects -
NbTi 9.5
V3Ga 16.5
Nb3Ge 23.2
• 组成元素只有一种是超导元素或都不具有超导性
合金
La2C3
C8K
Tc (K) 5.9~11.0 9.5
MgB2 39
化 合 物 超 导 体
从应用角度对超导材料分类
Type II
Most alloys, HTS, MgB2.
超导现象的物理本质
1957年由巴丁（Bardeen）、库珀（Cooper）和施 里弗（Sehriffer）合作创建了超导微观理论(BCS) 。
库珀 电子对
➢库珀电子对通过格波相互作用， 其作用范围为10-6～10-9m；
➢每个库珀电子对的总动量相当， 这是零电阻产生的根源；
氧 氮 氮 Hg In Sn Pb
90.2K 77.3K 4.2/1.7K 4.15K 3.4K 3.7K 7.2K
1957年巴丁、库珀和施里弗合作创建了超导微观理论 (BCS)，于1972年获诺贝尔奖。这一理论能对超导电性 作出正确的解释，并极大地促进了超导电性和超导磁体 的研究与应用。
约瑟夫森和贾埃弗的发现，对于研制高性能的半导体和超导体元器件具 有很高的应用价值，并导致超导电子学的建立。
No Power Loss Act as Magnet Tc, Jc, Hc Electron Tunnelling
1. 零电阻效应
不同导体的电阻-温度曲线
水银的零电阻效应
在特定的温度下材料的电阻突然消失的现象称为超导（电）现象，发生这 一现象的温度叫超导转变温度Tc，也叫临界温度。材料失去电阻的状态称 为超导态，存在电阻的状态称为正常态。具有超导态的材料称为超导材料。 零电阻效应是超导态的一个基本特征。
第二类超导体
H Hc2
B 0, r = 0
Mixed
S Hc1 B = 0, r = 0 Meissner
第二类超导体的相图
N
T Tc
混合态
T<Tc 0<H<Hc1
T<Tc Hc1<H<Hc2
Flux penetrates above the lower critical field Hc1
Superconductivity survives up to the upper critical field Hc2
2.迈斯纳效应
超导体排斥力使永久磁环悬浮
处在超导态的物体完全排斥磁场，即磁力线不能进入超导体内部，这一特 征叫完全抗磁性，通常也叫做迈斯纳效应，是超导态的另一个基本特征。
超导态为什么会出现完全抗磁性呢？
外磁场在试样表面产生感应电流（b）。此电流所经路径电阻 为零，故它所产生的附加磁场总是与外磁场大小相等，方向相 反，因而使超导体内的合成磁场为零。由于此感应电流能将外 磁场从超导体内挤出（c），故称磁抗感应电流，又因其能起 着屏蔽磁场的作用，又称为屏蔽电流。