高温超导体基本特性的测量-物理试验
物理高温超导实验报告
一、实验目的本次实验旨在探究高温超导材料的物理特性，了解其超导临界温度、临界电流密度等关键参数，并通过实验验证高温超导材料在实际应用中的可行性。
二、实验原理高温超导材料是指在较高温度下仍能保持超导特性的材料。
超导现象是指某些材料在温度降低到一定临界温度以下时，其电阻突然降为零的现象。
高温超导材料的发现，突破了传统超导材料对低温环境的依赖，具有广泛的应用前景。
本实验采用三层镍氧化物La4Ni3O10单晶样品，利用高压光学浮区技术制备。
在高压条件下，样品表现出压力诱导的体超导电性，超导体积分数高达86%。
三、实验仪器与材料1. 实验仪器：- 高压光学浮区装置- 超导测量系统- 低温恒温器- 磁场发生器- 电流表、电压表- 数据采集器2. 实验材料：- 三层镍氧化物La4Ni3O10单晶样品- 低温液氮四、实验步骤1. 将三层镍氧化物La4Ni3O10单晶样品置于高压光学浮区装置中，进行高压处理。
2. 将高压处理后的样品置于超导测量系统中，测量其超导临界温度。
3. 在不同温度下，对样品施加不同电流，测量其临界电流密度。
4. 在不同磁场下，测量样品的超导临界磁场。
5. 利用数据采集器记录实验数据，进行分析和处理。
五、实验结果与分析1. 超导临界温度：通过实验测量，三层镍氧化物La4Ni3O10单晶样品的超导临界温度为30K。
2. 临界电流密度：在不同温度下，样品的临界电流密度随温度升高而降低。
在超导临界温度附近，临界电流密度达到最大值。
3. 超导临界磁场：在超导临界温度附近，样品的超导临界磁场较低。
4. 分析与讨论：本实验验证了三层镍氧化物La4Ni3O10单晶样品在高压条件下具有压力诱导的体超导电性。
实验结果表明，该材料在高温超导领域具有较高的应用潜力。
六、结论通过本次实验，我们成功探究了高温超导材料的物理特性，包括超导临界温度、临界电流密度和超导临界磁场等关键参数。
实验结果表明，三层镍氧化物La4Ni3O10单晶样品在高压条件下具有良好的高温超导性能，为高温超导材料的应用提供了新的思路和方向。
高温超导材料特性和低温温度计实验报告
高温超导材料特性和低温温度计实验报告学号：39051609 姓名：齐德轩日期：2011/4/15一、实验目的1.了解高临界温度超导材料的基本特性及其测试方法2.学习三种低温温度计的工作原理和使用以及进行比对的方法3.了解液氮使用和低温温度控制的简单方法二、实验原理1.超导体和超导电性（1）常用临界温度Tc，临界磁场Bc和临界电流Ic作为临界参量来表征材料的超导性能。
温度的升高、磁场或电流的增大，都可以使超导体从超导状态转变为正常态。
Bc和Ic都是温度的函数。
（2）迈斯纳效应不论有没有外加磁场，是样品从正常态转变为超导态，只要T<Tc，超导体内部的磁感应强度Bi总是等于零。
该效应表明超导体具有完全抗磁性。
（3）根据电阻率的变化和迈斯纳效应都可以用来确定超导体的临界温度。
本实验采用电阻法。
引进起始转变温度Tc，onset，零电阻温度Tc0和超导转变（中点）温度Tcm三个物理量，通常所说的超导转变温度Tc是指Tcm。
实验使用的超导体为钇钡铜氧化物高温超导体的超导样品转变温度落在液氮区。
2.低温温度计（1）金属电阻随温度的变化当金属纯度很高时，总电阻可以近似表达成R=Ri(T)+Rr在液氮温度以上Rr(T)>>Rr,R≈Ri(T)在液氮正常沸点到室温这一范围内，铂电阻温度计具有良好的线性电阻—温度关系。
可表示为R(T)=AT+B。
因此可以根据给出的铂电阻温度计在液氮正常沸点和冰点的电阻值，可确定所用的铂电阻温度计的A、B值，并由此对铂电阻温度计定标，得到不同电阻值所对应的温度值。
（2）温差电偶温度计当两种金属所做成的导线连成回路，并使其两个接触点维持在不同的温度下时，改闭合回路中就会有温度差电动势催在，如果将回路的一个接触点固定在一个已知的温度下，则可以由所测得的温差电动势确定回路的另一个接触点的温度。
三、仪器用具1．低温恒温器2. 不锈钢杜瓦容器和支架3. PZ158型直流数字电压表4. BW2型高温超导材料特性测试装置（电源盒）四、数据处理(1)原始数据处理(2)样品电阻-温度曲线由图中可以读出Tc≈92K(3)Si电压-温度曲线说明在此范围内Si电阻与温度成线性关系，图像的左半段缺失，误差分析见下(4)温差电偶-温度曲线此图右半段误差较大，误差分析见下。
高温超导实验报告步骤(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解高温超导体的基本特性和物理机制。
2. 学习液氮低温技术，掌握低温环境下的实验操作。
3. 测量高温超导体的临界温度（Tc）和临界磁场（Hc）。
4. 研究高温超导体的临界电流（Ic）与磁场、温度的关系。
二、实验原理高温超导现象是指某些材料在液氮温度（约77K）下表现出超导特性。
实验中，通过测量超导体的电阻、临界温度、临界磁场等参数，来研究高温超导体的物理性质。
三、实验仪器与材料1. 高温超导材料（如钇钡铜氧YBCO等）2. 低温冰箱3. 温度计4. 磁场计5. 电阻计6. 磁场发生器7. 数字多用表8. 液氮四、实验步骤1. 样品制备：将高温超导材料制备成合适尺寸的样品，通常为薄片或丝状。
2. 低温环境准备：将低温冰箱预热至液氮温度，并将样品放入冰箱内冷却至液氮温度。
3. 电阻测量：- 使用电阻计测量样品在液氮温度下的电阻。
- 记录电阻值，作为初始数据。
4. 临界温度测量：- 慢慢升温，观察电阻变化。
- 当电阻突然降至零时，记录此时的温度，即为临界温度（Tc）。
5. 临界磁场测量：- 使用磁场计测量样品在液氮温度下的磁场。
- 慢慢增加磁场强度，观察电阻变化。
- 当电阻突然降至零时，记录此时的磁场强度，即为临界磁场（Hc）。
6. 临界电流测量：- 在一定磁场下，逐渐增加电流，观察电阻变化。
- 当电阻突然降至零时，记录此时的电流，即为临界电流（Ic）。
7. 温度与磁场关系研究：- 在不同温度下，重复步骤4和5，研究临界温度（Tc）和临界磁场（Hc）与温度的关系。
- 在不同磁场下，重复步骤6，研究临界电流（Ic）与磁场的关系。
8. 数据整理与分析：- 将实验数据整理成表格，分析高温超导体的物理性质。
- 对比不同高温超导材料的物理性质，总结实验结果。
五、实验注意事项1. 实验过程中，务必保持低温环境，避免样品受热。
2. 在测量电阻、临界温度、临界磁场等参数时，要确保仪器精度。
3. 注意实验安全，防止低温伤害。
高温超导 实验报告
不同的材料，电阻率随温度的变化有很大的差别，它反映了物质的内部属性，是研究物质性质的基本方法之一。当温度高于绝对温度时，在金属中，电子的定向运动受到晶格的散射而呈现出电阻。研究表明，当（T/）>0.5时，金属的电阻正比于温度T，其中是德拜温度。
上述结论是对纯金属而言，而实际上金属存在杂质、缺陷、位错等，它们会对金属造成附加电阻，这部分电阻近似地与温度无关。在金属的纯度很高时，金属的总电阻率可表示为
图一四端接线法
在直流低电压测量中，如何判断和修正乱真电势带来的影响是十分重要的。实际上，由于材料的不均匀性和温差，就有温差电势的存在。通常称为乱真电势或寄生电势。我们只要用一段短的导线把数字电压表短接，用手靠近其中一个接线端来改变温度，我们就会看到数字电压表读数的变化。在低温实验中，待测样品和传感器处在低温中，而测量仪表处在室温中，因此它们的连接线处在温差很大的环境里，并且沿导线的温度分布还会随着低温液体液面的降低、低温容器的移动等变化而变化。所以在涉及直流低电压测量的实验中，判定和消除乱真电势的影响是实验中一个十分重要的步骤。
实 验 报 告
姓 名：张伟楠班 级：F*******学 号：*******108实验成绩：
同组姓名：周元剑实验日期：2008.10.13指导老师：助教17批阅日期：
高温超导材料特性测量
实验目的
1了解高。临界温度超导材料的基本电特性和测量方法。
2了解低温下半导体 结的伏安特性与温度的关系。
3了解低温实验的测量方法。
A1.198940.00313
B-0.002351.71294E-5
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实验十一高温超导转变温度测量实验
实验十一 高温超导转变温度测量实验超导电性简称超导（superconductivity ），它是指某物质在温度低于某一定值时，出现电阻率为零的现象。
自20世纪20年代起，人们就开始对超导性的理论和应用做了大量的研究。
随着超导研究的进展，特别是20世纪80年代高温超导材料问世后，超导技术已开始广泛应用于科学研究和人类生活之中。
一．实验目的1．了解FD-TX-RT-II 高温超导转变温度测定仪的结构及使用方法；2．掌握液氮低温技术；3．利用FD--RT-II 高温超导转变温度测定仪，测量氧化物超导体YBa2CuO7的超导临界温度。
二．实验原理1．超导现象在所用气体中，氮具有最低的液化温度。
1908年，卡末林·昂尼斯（H ·Kammerlingh Onnes ）首先成功地液化了氮，利用液氮又获得了4.25～1.15K 的极低温度。
在新到达的低温范围内，昂尼斯进行了金属电阻随温度变化的研究。
1911年，他发现当温度降低时，汞的电阻率先平缓地减少，当温度T <4.2K 时，汞的电阻率突然降为零。
随后他又发现，除铜、金、银与铁等室温下的良导体以外，还有其他许多金属有此现象。
1913年他将这种新的物态定名为超导态（Superconducting State ），而将电阻率突然为零的温度称为超导体转变温度（inversiontemperature ）或临界温度，用T c 表示。
在昂尼斯之后，人们又陆续发现了许多其他金属或合金在低温下也能转变为超导态，但它们的转变温度不同。
由于这些金属的超导现象是在低温下获得，故这种超导现象也称为低温超导。
处在超导态的物质具有如下重要性质：1） 直流零电阻效应如前所述，当某些金属、合金和化合物的温度下降到T <T c 时，它们的电阻率突然降为零，处于超导态。
在超导态下，物质的电阻真的完全消失了吗？最灵敏的试验是超导环中的持续电流试验：将一金属环放在垂直于环平面的磁场中，将其冷却到超导的转变温度以下，然后撤去磁场，由电磁感应原理知，这时在环中产生感应电流。
高温超导实验报告
122.1 118.6 115.5 112.9 110.5 108.5 106.8 105.4 104.1 103.1 102.1 101.4 100.0 96.7 96.2 96.0 95.7 95.5 95.3 94.9 94.6 93.8 92.6 92.4 92.1 91.8 91.6 91.3 77.4
⑴铂电阻温度计： 铂电阻温度关系如下图所示
1
R(T)=AT+B 在液氮沸点到正常室温温度范围内， 其电阻与温度近似成正比： 或 T(R)=aR+b，其中 a，b 都是常数。 ⑵半导体硅电阻温度计： 在较大的温度范围内，半导体具有负的电阻温度系数，这一特性正好弥补 了金属电阻温度计在低温下灵敏度明显降低的缺点。低温物理实验中，常用半 导体温度计。 在小电流下，近似有： U 正向 KT U g 0 。其中 K=-2.3mV/K;硅材料 U g 0 约为 1.20eV ⑶温差电偶温度计： 如果将两种金属材料制成的导线联成回路，并使其两个接触点维持在不同 的温度，则在该闭合回路中就会有温差电动势存在，如果将回路的一个接触点 固定在一个已知的温度，例如液氮的正常沸点 77.4 K，则可以由所测量得到的 温差电动势确定回路的另一接触点的温度，从而构成了温差电偶温度计。这种 温度计十分简便，特别是作为温度敏感部分的接触点体积很小，常用来测量小 样品的温度以及样品各部分之间的温差。 应该注意到，硅二极管 PN 结的正向电压 U 和温差电动势 E 随温度 T 的变化 都不是线性的，因此在用内插方法计算中间温度时，必须采用相应温度范围内 的灵敏度值。
〖实验二十三〗
高温超导材料特性测试和低温温度计
〖目的要求〗
1、了解高临界温度超导材料的基本特性及其测试方法； 2、了解金属和半导体 P-N 结的伏安特性随温度的变化以及温差电效应； 3、 学习几种低温温度计的比对和使用方法， 以及低温温度控制的简便方法。
近代物理实验报告—高温超导材料的特性与表征
（1）混合态效应
先把磁块放到高温超导盘片上，然后慢慢注入液氮冷却它（场冷）。当高温超导盘片达到超导状态后，将塑料薄片抽走后，会发现磁块会被悬浮起来，并且超导体与磁块之间达到一种自稳定状态，很稳定的悬浮在超导样品上空，并且很难被移动。这是因为在磁场下冷却到超导临界温度以下后，高温超导体进入了混合态，部分磁力线被排斥，部分磁力线被钉扎。
1.50
104.63
276.69
0.029
2.90
41.50
127.43
0.015
1.50
102.51
271.68
0.028
2.80
40.5
265.75
0.028
2.80
39.50
122.70
0.015
1.50
97.50
259.83
0.027
2.70
38.50
0.00
47.50
141.62
0.016
1.60
根据实验数据作图得到超导转变曲线如下图所示：
从图10中以及表格1中可以看出，电阻从96.70K温度处开始急剧下降，而当温度降到90.79K时，其电阻也就变为零了。即超导的起始转变温度为 =96.70K，零电阻温度 =90.79K。超导转变的中点温度为 =93.75K，说明该样品的超导转变温度为93.75K。
对杂质半导体，其载流子有杂志电离与本征激发产生，且存在电离杂质散射和声子散射两种机制，故其温度关系较复杂，总体上可以理解为：极低温度下，几乎没有自由载流子，电导为“杂质能级电导”，电阻随温度的上升而迅速下降；低温下，本征激发可以忽略，载流子主要由杂质电离产生，浓度随温度上升而上升，迁移率随温度升高而增加，温度系数为负；温度再高的饱和区，本征激发还不明显，杂质已全部电离，载流子浓度也不再变化，由声子散射，温度系数为正；其后的本征区，载流子主要由本征激发提供，浓度随温度升高而迅速增加，其温度系数又为负。半导体锗电阻温度关系如图6所示。
高温超导实验报告
高温超导材料的特性与表征实验报告10物理小彬连摘要本实验对高温超导体的超导转变曲线进行了测量，测量得到其起始转变温度，临界温度，零电阻温度；进行了低温温度计的标定，证明了硅二极管温度计和温差电动势在一定范围内随温度变化的线性关系；通过高温超导的磁悬浮演示了解高温超导体的两个独有的特性：混合态效应和完全抗磁性，并测量得出磁悬浮力与超导体-磁体间距的关系曲线。
关键词高温超导体超到临界参数零电阻现象完全抗磁性磁悬浮力一、引言1911年，荷兰物理学家卡末林－昂纳斯（H.K.Onnes，1853—1926）用液氦冷却水银线并通以几毫安的电流，在测量其端电压时发现，当温度稍低于液氦的正常沸点时，水银线的电阻突然跌落到零，这就是所谓的零电阻现象或超导电现象。
自从低温超导体发现以来，科学家们对超导电性现象（微观机制）和超导技术以及超导材料进行了大量的研究。
在超导技术开发时代，世界各国科学家相机取得了突破性进展，研制出临界温度高于液氮温度的氧化物超导体，又称为高温超导体。
超导研究领域的系列最新进展，为超导技术在个方面的应用开辟了十分广阔的前景。
超导电性的应用十分广泛，例如超导磁悬浮列车、超导重力仪、超导计算机、超导微波器件等，还可以用于计量标准。
本实验目的：通过在低温条件下测量高温超导体的电阻温度曲线和低温温度计的比对，了解高临界温度超导材料的基本特性及测试方法，了解金属和半导体的电阻随温度的变化及温差电效应，掌握低温物理实验的基本方法：低温的获得、控制和测量。
二、实验原理1．超导现象及临界参数1）零电阻现象(如下图）超导现象：电阻突然跌落为零，或称零电阻现象，并将具有此种超导电是的物体称作超导体（只有直流电情况下才有零电阻现象）Tc（超导临界温度）：即当电流，磁场及其他外部条件保持为零或不影响转变温度测量的足够低值是超导体呈现超导态的最高温度。
Tc，onest（起始转变温度）：降温过程中电阻温度曲线开始从直线偏离处的温度。
高温超导实验报告
高温超导实验报告高温超导实验报告引言：高温超导是一项引人注目的科学研究领域，其在能源传输、磁共振成像、电子器件等方面具有巨大的应用潜力。
本实验旨在探索高温超导的特性和应用，并通过实验验证其超导性质。
一、实验背景超导现象的发现可以追溯到1911年，当时荷兰物理学家海克·卡末林发现在低温下某些金属材料的电阻会突然消失。
然而，这些材料只在极低温下才能表现出超导性，限制了其应用范围。
直到1986年，高温超导材料的发现才引起了科学界的广泛关注。
二、实验目的1. 研究高温超导材料的特性，包括临界温度、超导电流等。
2. 探索高温超导材料在能源传输、磁共振成像等领域的应用潜力。
三、实验原理高温超导的原理基于电子对的库伦相互作用和晶格振动。
在高温下，晶格振动增强了电子对的结合能，使其能够在较高温度下形成超导态。
四、实验步骤1. 准备高温超导材料样品，并确定其临界温度。
2. 制备超导电路，并将样品与电路连接。
3. 测量样品在不同温度下的电阻，以确定其临界温度。
4. 测量样品在超导态下的电流传输性能。
5. 研究样品在外加磁场下的超导性质。
五、实验结果与分析1. 样品的临界温度为XK，表明该材料在较高温度下仍能表现出超导性。
2. 样品在超导态下的电流传输性能良好，电阻几乎为零。
3. 样品在外加磁场下的超导性质受到一定程度的影响，磁场强度增加会使超导电流减小。
六、实验讨论1. 高温超导材料的发现为超导技术的应用提供了新的可能性，尤其是在能源传输领域。
2. 高温超导材料的制备和性能研究仍面临一些挑战，如材料稳定性和制备成本等问题。
3. 进一步研究高温超导材料的特性和机制，有助于推动其应用的发展和改进。
七、实验结论本实验通过测量高温超导材料的电阻和电流传输性能，验证了其超导性质。
高温超导材料具有较高的临界温度和良好的电流传输性能，为其在能源传输、磁共振成像等领域的应用提供了潜力。
八、实验总结本实验通过对高温超导材料的研究，深入了解了其特性和应用潜力。
高温超导实验报告
高温超导实验报告【摘要】采用杜瓦容器和低温恒温器获得从液氮沸点到室温的任意温度，在此条件下，测量高温超导材料电阻的起始转变温度为101.4K、临界温度约为96.50K、零电阻温度为92.39K。
进行温度计的比对，发现硅二极管电压、温差电偶均与温度成接近线性的关系。
观察了高温超导磁悬浮现象，并定量对高温超导体的磁悬浮力与距离的关系曲线进行了扫描，进一步了解场冷和零场冷。
【关键词】液氮、高温超导、铂电阻、硅二极管、温差电偶一、引言1911年昂纳斯首次在4.2K水银的电阻突然消失的超导电现象。
1933年迈斯纳发现超导体内部的磁场是保持不变的，而且实际上为零，这个现象叫做迈纳斯效应。
1957年巴丁、库柏和施里弗共同提出来超导电性的微观理论：当成对的电子有相同的总动量时，超导体处于最低能态。
电子对的相同动量是由电子之间的集体相互作用引起的，它在一定条件下导致超流动性。
电子对的集体行为意味着宏观量子态的存在。
这一超导的微观理论成为BCS理论，1972年他们三个人共同获得了诺贝尔物理学奖。
T超导电性》，后1986年4月，柏诺兹和缪勒投寄文章《Ba-La-Cu-O系统中可能的高c来日本东京大学几位学者和他们二人先后证实此化合物的完全抗磁性。
虽然后来又发现了125K的铊系超导体和150K的汞系氧化物，但是YBCO仍是目前最流行的高温超导材料。
超导电性的应用十分广泛，例如超导磁悬浮列车、超导重力仪、超导计算机、超导微波器件等，超导电性还可以用于计量标准等。
二、原理2.1MEISSNER效应1933年，MEISSNER和OCHSENFELD通过实验发现，无论加磁场的次序如何，超导体内磁场感应强度总是等于零，即使超导体在处于外磁场中冷却到超导态，也永远没有内部磁场，它与加磁场的历史无关。
这个效应被称为MEISSNER效应。
2.2临界磁场磁场加到超导体上之后，一定数量的磁场能量用来立屏蔽电流的磁场以抵消超导体的内部磁场。
高温超导材料特性测试实验报告
高温超导材料特性测试物理学系0 安宇森【摘要】本次实验，我们利用液氮冷却测量了铜-康温差电偶的超导特性曲线。
通过对Pt电阻温度计的特性曲线的测量，确定超导临界温度。
最后，我们对磁悬浮现象以及抗磁性实验进行了观测。
【关键词】超导临界温度迈斯纳效应【Abstract】In this experiment, we use the liquid nitrogen to cool down the temperature and then we observe the superconductivity of the materials. Through the measurement of the pt thermometers, we find the critical temperature of the superconductor. At last , we observe the resistance of the magnet in the superconductor.【key words】superconductivity critical temperature Misner effect【引言】超导是指某些物质在一定温度条件下（一般为较低温度）电阻降为零的性质。
1911年荷兰物理学家H·卡茂林·昂内斯发现汞在温度降至4.2K 附近时突然进入一种新状态，其电阻小到实际上测不出来，他把汞的这一新状态称为超导态。
以后又发现许多其他金属也具有超导电性。
低于某一温度出现超导电性的物质称为超导体。
1933年，荷兰的迈斯纳和奥森菲尔德共同发现了超导体的另一个极为重要的性质——当金属处在超导状态时，这一超导体内的磁感应强度为零，却把原来存在于体内的磁场排挤出去。
对单晶锡球进行实验发现：锡球过渡到超导态时，锡球周围的磁场突然发生变化，磁力线似乎一下子被排斥到超导体之外去了，人们将这种现象称之为“迈斯纳效应”。
高温超导实验报告
高温超导材料的特性与表征姓名：孙淦学号：201411142030指导教师：张金星实验日期：2016年11月24日摘要本实验通过借助已定标的铂电阻温度计测量并标定硅二极管正向电阻、温差热电偶电动势及超导样品的温度计。
比较几种不同的温度计得到各自的电阻温度变化关系，同时由超导转变曲线发现超导样品温度计在高温超导区域更明显的变化，并得到了高温超导转变温度的相关参数。
演示了高温超导磁悬浮实验，并完成了零场冷和场冷条件下高温超导体的压力位移曲线测定。
关键词：高温超导、铂电阻温度计、磁悬浮、场冷、零场冷。
1引言1911年，昂纳斯首次发现在4.2K水银的电阻突然消失的超导现象。
1933年，迈斯纳发现超导体内部磁场为零的迈斯纳效应。
完全导电性和完全抗磁性是超导体的两个基本特性。
1957年，巴丁、库柏和施里弗根据电子配对作用共同提出了超导电性的微观理论——BCS理论。
1986年，柏诺兹和缪勒发现Ba-La-Cu-O化合物具有高T c的超导特性，之后高T c超导体的研究出现了突破性进展。
超导体应用十分广泛，例如超导磁悬浮列车、超导重力仪、超导计算机、超导微波器件等，还可以用于计量标准。
本实验中通过对高温超导材料特性的测量和表征，探究金属和半导体的电阻随温度的变化以及温差电效应，了解磁悬浮的原理，掌握低温实验的基本方法。
2实验原理2.1超导现象、临界参数及实用超导体2.1.1零电阻现象零电阻：温度降低，电阻变为0，称为超导电现象或零电阻现象。
只发生在直流情况下，不会发生在交流情况。
超导临界温度：当电流、磁场以及其他外部条件保持为零或不影响转变温度测量的足够低值时，超导体呈现超导态的最高温度。
起始转变温度T c,onset：降温过程中电阻温度曲线开始转变的温度。
超导转变的中点温度T cm：待测样品电阻从起始转变处下降到一半时对应的温度。
完全转变温度（零电阻温度）T c0：电阻刚刚完全降到零时的温度。
1图1:超导体的电阻转变曲线图2:第一类超导体临界磁场随温度变化转变宽度∆T c：电阻变化从10%变到90%对应的温度间隔。
高温超导实验
实验高Tc超导材料电阻—温度特性测量【目的要求】1．了解超导体的最基本特性以及判定超导态的基本方法；2．掌握用测量超导体电阻——温度关系测定转变温度的方法；3．了解获得液氦温区温度的基本方法。
【仪器用具】高Tc超导材料电阻—温度特性试验仪。
【原理】超导电性发现于1911年，荷兰科学家翁纳斯（K.Onnes）在实现了氦（4He）气液化之后不久，利用液氦（Lhe）所能达到的极低温条件，指导其学生(GillesHolst)进行金属在低温下电阻率的研究，发现在温度稍低于4.2K时水银（Hg）的电阻率突然下降到一个很小值。
后来有人估计，电阻率的下限为3.6×10-23Ω.cm，而迄今正常金属的最低电阻率大约为10-13Ω.cm。
与此相比，可以认为汞进入了电阻完全消失的新状态—超导态。
我们定义超导体开始失去电阻时的温度为超导转变温度或超导临界温度，通常用T C 表示。
一些金属（如Pb,TC=7.2K）、金属（NbTi, TC=11K）、金属间化合物（如A15结构的Nb3Ge, TC=23.2K）等上千种材料具有超导电性。
超导现象发现以后，实验和理论研究以及应用都有很大发展，但是临界温度的提高一直很缓慢。
1986年以前，经过75年的努力，临界温度只达到23.2K，这一记录保持了差不多12年。
此外，在1986年以前，超导现象的研究和应用主要依赖于液氦作为致冷剂。
由于氦气昂贵、液化氦的设备复杂，条件苛刻，加上4.2K的液氦温度是接近于绝对零度的极低温区等因素都大大限制了超导的应用。
为此，探索高临界温度超导材料成为人们多年来梦寐以求的目标。
1983年，瑞士科学家缪勒（K.A.M. üller）开始从事氧化物超导体的探索性研究。
他和他的合作者柏诺兹（J.Bednorz）于1986年开始在Ba-La-Cu-O系统中作实验。
他们是基于双极化子导致超导电性的考虑着手实验研究的，尽管这种理论并未被认定，但在探索中确实揭示了一条新的线索。
高温超导材料特性测试和低温温度计
物理仿真实验报告项目名称：高温超导材料特性测试和低温温度计院系名称：专业班级：某某：学号：高温超导材料特性测试和低温温度计一、实验目的(1) 了解高临界温度超导材料的根本特性与其测试方法。
(2) 了解金属和半导体PN结的伏安特性随温度的变化以与温差效应。
(3) 学习几种低温温度计的比对和使用方法，以与低温温度控制的简便方法.二、实验原理1911年，卡麦林翁钠斯(H,Kamerlingh Ornes, 1853-1926)用液氮冷却水银并通以几毫安的电流，在测量其端电压时发现，当温度稍低于液氮的正常沸点时，水银线的电阻突然跌落到零，这就是所谓的零电阻现象或超导电现象。
通常把具有这种超导电性的物体，称为超导体；而把超导体电阻突然变为零的温度，称为超导转变温度。
如果维持外磁场、电流和应力等在足够低的值，如此样品在这一定外部条件下的超导转变温度，称为超导临界温度，用表示。
在一般的实际测量中，地磁场并没有被屏蔽，样品过的电流也并不太小，而且超导转变往往发生在并不很窄的温度围，因此通常引起转变温度、零电阻温度和超导转变〔中点〕温度等来描写高温超导体的特性，如如下图。
通常所说的超导转变温度T c onset是指T c。
图1由于数字电压表的灵敏度的迅速提高，用伏安法直接判定零电阻现象已成为实验中常用的方法。
然而，为了确定超导态的电阻确实为零，或者说，为了用实验确定超导态电阻的上限，这种方法的精度不够高。
我们知道，当电感L一定时，如果LR串联回路中的电流衰减得越慢，即回路的时间常数τ=L/R越大，如此明确该回路中的电阻R越小。
实验发现，一旦在超导回路中建立起了电流，如此无需外电源就能持续几年仍观测不到衰减，这就是所谓的持续电流。
现代超导重力仪的观测明确，超导态即使有电阻，其电阻也必定小于10-28Ωm。
这个值远远小于正常金属迄今所能达到的电阻率10-15Ωm，因此可以认为超导态的电阻率确实为零。
1933年，迈斯纳(W.F.Meissner, 1882-1974)和奥克森尔德〔R.Ochsenfeld〕把锡和铅样品放在外磁场中冷却到其转变温度以下，测量了样片外部的磁场分布。
能实现高温超导体电特性和磁特性同时测量的实验系统
关键词 ： 高温超导体 电特性 磁特性
Ｘ—Ｙ双笔记录仪
１ 引 言
导 状态… １．我们设计 了一套 能 同时 用 电阻法 和 电感
法测 量液 氮 区高 温超导 体转 变温 度 的实 验系 统 ，从 而 实现对 高温超 导体 Βιβλιοθήκη 特性 和磁特性 的同时测 量 ．
２ 实 验 原 理
高温超 导 的研 究是物 理科 学 的前 沿课 题 ， 工 在 业 各部 门有很好 的应 用前 景 ．同 时 ，对高 温 超导 材
料性能 的研究 能让学 生 了解 前沿 学科 ，增强 学 习物 理 的兴 趣 ，因此是很 多高 校近 代物 理实 验 中的 一个
重要实 验 ．目前 ， 这些 学校 的实验 系 统基 本 上采 用 四引线测 量法测 量高 温超导 体 的转 变温度 ，即通 过 检测超 导样 品两端 的电压来 判断 超导体是 否处 于超
摘 要 ： 出 了一种 能 同 时测 量 高温 超导 体 电特性 和 磁 特性 的实验 装 置 ．由 Ｘ —Ｙ双 笔记 录仪 画 出 了 提
Ｙ Ｂ２ ｕ０ 超 导 样 品 的 电特 性 和 磁 特 性 曲 线 ． 两 种 方 法 测定 了转 变温 度 并 测 出 了转 变 宽 度 ．比较 分 析 了两 者 的 。ａＣ ３７ 用
维普资讯
２０ ０ ７年 第 ６期
物理 通报
实验教 学研 究
察
宽
能 实现 高 温超 导体 电特 性 和磁 特性
同 时测 量 的 实验 系统
邓 一鑫 魏 亚 军 马 征 夏 顺 保 陆 文 强 高 立模
（ 开 大学 物 理 科 学 学 院 天津 ３０７ ） 南 ００ １
实验室 管理 中 ， 互联 网的应 用 ， 将使 信息覆 盖到 全校
物理实验技术中如何进行超导实验与测量
物理实验技术中如何进行超导实验与测量超导是指在低温下电阻突然消失的现象，是一种非常重要的物理现象。
超导材料的研究和应用已经取得了许多重要的突破，例如超导磁体在磁共振成像中的应用，超导电缆在电力输送中的应用等。
要进行超导实验与测量，需要掌握一定的物理实验技术。
首先，超导实验需要选择适合的超导材料。
目前，已经发现了多种超导材料，包括低温超导材料、高温超导材料等。
低温超导材料一般是指临界温度低于室温的超导材料，包括铅、铝等。
高温超导材料是指临界温度高于室温的超导材料，包括钇钡铜氧化物等。
在超导实验中，需要根据实验需要选择适合的超导材料。
其次，超导实验需要进行低温处理。
超导材料必须在低温下才能显示出超导现象。
一般来说，低温实验室要求温度低于超导材料的临界温度。
低温实验室通常采用制冷剂冷却的方式降低温度，例如液氮冷却、制冷机冷却等。
在低温实验室中，需要采取一系列措施，保证温度的稳定性和可控性，例如使用温度传感器监测温度，采取隔热措施等。
接下来，超导实验需要进行电路设计和搭建。
超导材料的电性质与常规材料有很大的不同，因此需要采用特殊的电路设计和搭建方法。
超导电路通常需要满足零电阻和零能量损耗的要求。
在超导电路的设计中，需要考虑到超导材料的特性，例如超导临界电流、超导态的电感等。
为了保证电路的稳定性和可控性，还需要加入特殊的元件和器件，例如超导偶极子、超导电感等。
最后，超导实验需要进行测量和数据分析。
超导实验的目的是研究超导材料的特性和性能。
因此，需要进行一系列的测量和数据分析。
超导材料的主要性能包括超导临界温度、超导临界电流、超导态的电阻等。
为了测量这些性能，需要采用特殊的测量方法和仪器设备。
例如，可以采用四探针测量法来测量超导样品的电阻，采用霍尔效应测量法来测量超导样品的磁场分布等。
总之，超导实验与测量是一个复杂而精细的过程，需要掌握一定的物理实验技术。
在超导实验中，需要选择适合的超导材料，进行低温处理，进行电路设计和搭建，进行测量和数据分析。
高温超导实验报告
高温超导学号：姓名:实验口期：指导教师：【摘要】本实验主要研究了高温超导体的零电阻现彖及边斯纳效应。
测最了高温超导体的超导转变曲线，得到其起始转变温度“get为99.82K,临界温度花为92.99K,零电阻温度“0为91.76K,转变宽度A%为3.78K。
对比了钳金属电阻与硅二极管电阻与温度的关系并测最了温差电偶电动势与温度的关系。
通过研究超导体在场冷和零场冷的情况卜的磁悬浮力情况，对第II类超导体特性进行进一步分析和理解。
关键词：高温超导体零点阻现象边斯纳效应磁通俘获磁悬浮一、引言：1911年荷兰物理学家卡墨林•翁纳斯发现了低温超导体，自此以后科学家对超导电性理论和超导技术以及超导材料进行了人量的研究。
超导科技发展人体分为三个阶段。
第一阶段（1911年一一1957年）是人类对超导电性的基本探索和认识阶段，BSC 超导微观理论问世。
第二阶段（1958年一一1985年）属于开展超导技术应用的准备阶段。
第三阶段（1986年一）是超导技术开发阶段，自1986年发现超导转变温度高于30K的超导材料后开始。
1986年6月，贝德诺和缪勒发现金属氧化物Ba-La-Cu-0材料具仃超导电性，其超导转变温度为35K,在13K达到零电阻。
随后世界各地的科学家们相继取得了突破性的进展。
超导研究领域的系列最新进展，为超导技术在各方面的应用开辟了十分广阔的前景。
超导电性的应用十分广泛。
本实验通过对氧化物高温超导材料特性的测量和演示，加深理解超导体的两个基本特性；了解超导磁悬浮的原理；了解金属和半导体的电阻随温度的变化以及温差电效应；掌握低温物理实验的基本方法：低温的获得控制和测量。
二、实验原理：同时具有完全导电性和完全抗磁性的物质称为超导体，完全导电性和完全抗磁性是超导电性的两个最基本性质。
1. 零电阻现象：把某种金属或合金冷却到某一特定温度％以卜，其直流电阻突然降到零的现象。
其中，化叫做超导体的临界温度，是由物质本身的内部性质确定的、局域的内秉参量。
实验报告—高温超导
实验报告姓名：王航班级：F0703028 学号：5070309025 实验成绩：同组姓名：孙鼎成实验日期：2008.10.20 指导教师：助教35 批阅日期：高温超导材料特性测量实验目的：1了解高。
临界温度超导材料的基本电特性和测量方法。
2了解低温下半导体PN结的伏安特性与温度的关系。
3了解低温实验的测量方法。
实验原理：1高温超导在低温测量时，为了减少漏热，样品的测量引线又细又长，引线的电阻与样品的电阻相比不可忽略，对超导样品来说，引线的电阻要大很多。
为了减小引线电阻和接触电阻对测量带来的影响，通常采用四线测量法。
四线测量法的方法如图1所示，外两根导线为电流端，可以流过较大的测量电流，一般采用恒流源共电。
电流的大小可用标准电阻的电压算出。
内两根导线为电压端，引线中流过的电流极小，这样就可以避免引线电阻和接触电阻带来的测量误差。
在直流低电压测量中，如何判断和修正乱真电势带来的影响是十分重要的。
实际上，由于材料的不均匀性和温差，就有温差电势的存在。
通常称为乱真电势或寄生电势。
我们只要用一段短的导线把数字电压表短接，用手靠近其中一个接线端来改变温度，我们就会看到数字电压表读数的变化。
在低温实验中，待测样品和传感器处在低温中，而测量仪表处在室温中，因此它们的连接线处在温差很大的环境里，并且沿导线的温度分布还会随着低温液体液面的降低、低温容器的移动等变化而变化。
所以在涉及直流低电压测量的实验中，判定和消除乱真电势的影响是实验中一个十分重要的步骤。
2高温超导材料电性转变温度并不是只由温度决定，只有保持在外磁场、流经电流和应力等值足够低时，超导样品的转变温度被称为超导临界转变温度T c．由于一般上述条件不能完全满足（比如地磁场），而且超导转变往往有一个区域，因此引入起始转变温度T c onset，零电阻温度T c0，和中点转变温度T c m来表示，一般所说的转变温度T c指的是T c m．高温超导体样品超导特性的测量采用如图1所示的四端接法，外两根导线为电流端，连接恒流电源. 内两根导线为电压端，连接内阻非常高的电压表. 这样可以避免引线电阻和接触电阻带来的测量误差．3PN结伏安特性与温度的关系在半导体理论中可导出PN结的电压V和电流密度J关系J=AT3+r2ex p[q(V−V g)K B T]其中常数r ≈ 1，A是比例因子，qV g=E g，E g是禁带宽度，V g称能隙电压。
高温超导材料特性测试和低温温度计实验
1.电路的连接
五．实验内容
按面板上虚线连接导线，并将PZ158型直流数字电压表与 面板上的“外接PZ158”相连。
2.室温检测
打开外接电压表的电源开关（量程选200 mV）及电源盒的 总开关，并依次打开铂电阻、硅二极管和超导样品的分电 源开关，调节温度计的工作电流，测量并记录其室温电流 （电压示值分别为100.00 mV、1.0000 mV）和电压值。
直流数字电压表 (100V)
100 标准电阻
P t电流
转换开关 P t电压
铂电阻温度计( Pt )
10k
SiD电流
转换开关 SiD电压
标准电阻
硅二极管温度计( Si D )
直流稳压电源 (0-5V) V
25加热器
恒流源 + - (-100mA)
直流数字电压表 P Z158(1V)
温差电偶
转换开关 样品电压
谢谢
4. 超导转变曲线的测量
温度接近130 K（V Pt=42.5 mV ）时，每隔2.5 mV 记录 一组至V Pt= 30 mV。此后因转变过程很快，故应尽快记 录V Pt和V样品，不再记录V硅二极管和E 温差电偶。当V样品小于
0.005 mV时，利用电流反向开关排除乱真电动势的干扰。
最后，画出其电阻-温度曲线并确定Tc,onset、Tcm和Tc0 。
1987年3月——中国北京大学成功地用液氮进行超导磁悬 浮实验。
1988年10月——中国科技大学超导中心将Tc提高到130 K 和164 K。
1989年2月——中国科技大学再现130 K的零电阻温度。
1991年3月——日本住友电气工业公司展示了世界上第一 个超导磁体。
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高温超导体基本特性的测量
1911年，荷兰物理学家昂尼斯（H.K.Onnes）发现，利用液氮把汞冷却到4.2K左右时，水银的电阻率突然有正常的剩余电阻率减小到接近零，以后在其它的一些物质中也发现了这一现象。
由于这些超导体的临界温度T C很低，人们称这些需在液氦温区运行的超导体为低温超导体。
1986年6月，贝德诺（J.G..Bednorz）和缪勒（K.A.Muler）发现金属氧化物Ba-La-Cu-o 材料具有超导电性，其超导起始转变温度为35K，在13K达到零电阻，这一发现时超导体的研究有了突破性的进展，随后美中科学家分别独立地发现了Y-Ba-Cu-O体系超导体，起始温度92K以上，在液氮温区，以后的十年间，还发现其他系超导体，常压下T C最高达133K，这些T C高于液氮温度的氧化物超导体称为高温超导体。
一、实验目的
1．（利用直流测量法）测量超导体的临界温度；
2．观察磁悬浮现象；
3．了解超导体的两个基本特性—零电阻和迈斯纳效应。
二、实验仪器
测量临界温度和阻值的成套仪器、迈斯纳效应成套仪器、计算机、CASSY传感器
三、实验原理
1．零电阻现象
处于绝对零度的理想的纯金属，其规则排列的原子（晶格）周期场中的电子的状态是完全确定的，因此电阻为零。
温度升高时，晶格原子的热振动会引起电子运动状态的变化，即电子的运动受到晶格的散射而出现电阻Ri。
然而，通常金属中总是含有杂质的，杂质对电子的散射会造成附加的电阻。
在温度很低时，例如在4.2K以下，晶格散射对电阻的贡献趋于零，这时的电阻完全由杂质散射所引起的，我们称之为剩余电阻Rr，它几乎与温度无关。
所以总电阻可以近似表达为
R=Ri(T)+Rr （1）
当温度下降到某一确定Tc（临界温度）时，物质的直流电阻率转变为零的现象被称为零电阻效应。
临界温度Tc是由物质自身的性质所确定参量。
如果样品结构规整且纯度非常高，在一定温度下，物质由常规电阻状态急剧的转变为零电阻状态，称之为超导态。
如果材料化学成分不纯或晶体结构不完整等因素的影响，超导材料由常规电阻状态转变为零电阻状态是在一定的温度间隔中发生的。
如图1，我们把温度下降过程中电阻温度曲线开始从直线偏离出的温度的温度称为起始转变温度。
我们将电阻缓慢地变化部分（常规电阻状态下）拟合成直线Ⅰ，将电阻急剧变化部分拟合成直线Ⅱ，直线Ⅰ与直线Ⅱ的交点所对应的电阻为正常态
电阻Rn，取Rc=Rn/2时所对应的温度称为超导体呈现超导态时的最高温度，即超导临界温度Tc。
从起始转变温度所对应的电阻开始，把电阻变化10%到90%所对应的温度区间定义为转变宽度，记为△Tc。
电阻完全降到零之初所对应的温度为完全转变温度。
△Tc的大小反映了超导材料品质的好坏，均匀单相的样品△Tc较窄，反之较宽。
图1. 超导体的电阻随温度转变示意图
2．迈斯纳效应
1937年，迈斯纳（W.Meissner）和奥森菲尔德(R.Ochsefeld)发现超导体的一个重要性质：物质由常导态过渡到超导状态时，处在超导状态体内磁感应强度为零，即不管超导体在常导态时的磁通状态如何，当样品进入超导状态后，磁通一定不能穿超导体。
他们对围绕球形导体单晶锡的磁场分布进行了实测，惊奇地发现：锡球过渡到超导态，锡球周围的磁场都突然发生变化，磁力线似乎一下子被排斥到超导体之外。
这种当金属变成超导体时磁力线自动排出金属体外，超导体内磁感应强度为零的现象，称为迈斯纳效应。
后来人们还做过这样一个实验，在一个浅平的锡盘中，放入一个体积很小磁性很强的永久磁铁，然后把温度降低，使锡出现超导性。
这时可以看到，小磁铁竟然离开锡盘表面，飘然升起，与锡盘保持一定距离后，便悬空不动了。
这是由于超导体的完全抗磁性，使小磁铁的磁力线无法穿透超导体，磁场发生畸变，便产生了一个向上的浮力。
进一步的研究表明：处于超导态的物体，外加磁场之所以无法穿透它的内部，是因为在超导体的表面感生一个无损耗的抗磁超导电流，这一电流产生的磁场，恰巧抵消了超导体内部的磁场。
这一发现非常有意义，在此之后，人们用迈斯纳效应来判别物质是否具有超导性。
3．超导临界参数
实验表明，在临界温度下，如果改变流过超导体的电流大小或者给超导体施加磁场且达到某一特定的值，超导体的超导态将会受到破坏，有转变为正常态。
也就是说超导体的超导现象不仅超取决于临界温度，而且取决于电流密度和磁场。
我们把材料的超导状态被外加磁场破坏而转入正常态，这种破坏超导态所需的最小磁场强度称为临界磁场，临界磁场时被昂尼斯在1914年从实验中发现的，用H c表示。
同样，使超导体恢复为正常态所需流过的最小电流称为临界电流Ic，所对应的电流密度称为临界电流密度j c。
超导态有三个临界条件：临界温度T c，临界磁场H c和临界电流密度，它们之间密切相关。
四、实验内容及步骤
1．测量R-T曲线
（1）如图2连接线路，并打开计算机运行相应程序。
灌注液氮，注意掌握液氮的高度。
实验采用的四引线装置（四引线测量法减小甚至排除了引线和接触电阻对测量的影响，是国际上通用的标准测量方法），样品材料为块体YBa2Cu3O7-x，将连接好线路的超导材料YBa2Cu3O7-x放在泡沫盒中，然后让液氮缓慢浸没样品，观察电脑屏幕上图线的变化。
（2）测量电阻率随温度点变化。
根据R-T图线求出T c及△Tc
２．验证迈斯纳效应
将一块重量很轻磁场有比较大的磁铁置于YBa2Cu3O7-x超导材料之上，并放在泡沫盒中，然后让液氮缓慢浸没样品，观擦磁铁位置变化。
或先将超导材料降温到超导状态，再将磁铁置于超导材料之上，观擦磁铁位置变化。
五、思考题
1．为什么采用四引线法可避免引线电阻和接触电阻的影响？
２．用液氮制冷技术应该注意哪些事项？
3．零电阻常规导体遵从欧姆定律，它的磁性有什么特点？超导体的磁性又有什么特点？它是否是独立于零电阻性质的超导体的基本特性？
4．如果分别在降温和升温过程中测量超导转变曲线，结果将会怎样？为什么？
六、注意事项
1．在操作杜瓦瓶时和实验过程应戴上护眼镜，虽然氮气是完全无毒，再一个密闭的空间充入大量的氮气还是有害的，所以，应该在空气流通的环境下进行操作。
2．切忌不要用手直接靠近液氮和接触冰冻的东西，操作过程要戴上防护手套。
超导体的电阻率在一定的低温下突然消失，称作。
导体没有了电阻，电流流经超导体时就不发生热损耗，电流可以毫无阻力地在导线中流大的电流，从而产生超强磁场。
金属材料由于存在杂质和缺陷对电子运动的散射，在温度趋向绝对零度时，金属的电阻率将趋近一个定值，称为剩余电阻率。
液氦把汞冷却到4.2 K 左右时，水银的电阻率突然由正常的剩余电阻率值减少到接近零。
以后在其它的一些物质中也发现这一现象，这些物质包括有Nb 、Tc 、V 等金属元素，称为元素超导体，还有Nb3Ge 、Nb3Sn 、NbC0.3N0.7等合金或化合物，称为合金或化合物超导体。
这两类超导体也常称为常规超导体。
在绝对零度下的纯金属中，理想的完全规则排列的原子（晶格）周期场中的电子处于确定的状态，因此电阻为零。
温度升高时，晶格原子的热振动会引起电子运动状态的变化，即电子的运动受到晶格的散射而出现电阻Ri 。
理论计算表明，当 T ＞2/D Θ时，Ri ∝T ，其中D Θ为德拜温度。
实际上，金属中总是含有杂质的，杂质原子对电子的散射会造成附加的电阻。
在温度很低时，例如在4.2K 以下，晶格散射对电阻的贡献趋于零，这时的电阻几乎完全由杂志散射所造成，称为剩余电阻Rr ，它近似与温度无关。
当金属纯度很高时，总电阻可以近似表达成.)(Rr T Ri R +=在液氮温度以上，Rr T Ri >>)(，因此有)(T Ri R ≈。
例如，铜和铂的德拜温度D Θ分别为310K 和225K ，在63K 到室温的温度范围内，它们的电阻)(T Ri R ≈近似地正比于温度T 。
.然而，稍许精确的测量就会发现它们偏离线性关系，在较宽的温度范围内铂的电阻温度关系如图5.1－2所示。
在液氮正常沸点到室温这一温度范围内，铂电阻温度计具有良好的线性电阻温度关系，可表示为B AT T R +=)(.或b aR R T +=)(其中A 、B 和a 、b 是不随温度变化的常量。
因此，根据我们所给出的铂电阻温度计在液氮正常沸点和冰点的电阻值，可以确定所用的铂电阻温度计的A 、B 或a 、b 的值，并由此可得到用铂电阻温度计测温时任一电阻所相应的温度值。