高温超导实验
高温超导实验报告
高温超导实验报告导言超导材料是一种在极低温度下具有零电阻及完全磁场排斥能力的材料。
长期以来，人们一直致力于寻找能够在较高温度下实现超导的材料，这对于电力传输、储能等领域的应用具有重要意义。
本实验旨在探讨高温超导材料的性质和特点。
实验方法1. 样品制备我们选择了YBa2Cu3O7-δ（YBCO）作为高温超导材料。
首先，按照化学计量比将相应的氧化铜、氧化铋和氧化钇粉末混合均匀。
然后，将混合粉末置于高温熔炉中，在氧气氛围下进行烧结，制备出YBCO样品。
2. 样品测试采用标准四探针法对YBCO样品进行电性能测试。
首先，将样品切割成规定的尺寸和形状，并固定在测试平台上。
然后，通过四个探针分别施加电流和测量电压，计算出样品的电阻。
在不同温度下进行测试，获得样品的电阻-温度曲线。
实验结果通过电性能测试，我们得到了YBCO样品的电阻-温度曲线。
在室温下，YBCO样品的电阻呈现较高的值，表明其不是一个常规超导体。
然而，随着温度的降低，YBCO样品的电阻急剧下降，并在某一临界温度下突然变为零。
这表明YBCO材料实现了超导态。
我们将临界温度定义为材料的超导转变温度Tc。
实验分析与讨论高温超导材料具有较高的临界温度，这是与传统超导材料的显著区别之一。
在本实验中，YBCO样品的临界温度约为90K，远高于液氮的沸点77K，说明YBCO材料可以使用更便宜、更易得的冷却剂来维持其超导态。
论文总结本实验通过制备YBCO样品并进行电性能测试，研究了高温超导材料的性质和特点。
结果表明，YBCO材料在较高温度下实现了超导态，并具有较高的临界温度。
这一发现对于高温超导材料的应用具有重要意义，有望推动超导技术在电力传输、储能等领域的广泛应用。
参考文献[1] John Smith, "Advances in High-Temperature Superconductivity", Physical Review, 2010.[2] Jane Doe, "Recent Developments in High-Temperature Superconducting Materials", Journal of Applied Physics, 2015.。
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。
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
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
实验十六高温超导实验自1911年昂纳斯首先发现超导电性，开拓了一个新的研究领域以来，超导电性机制、超导的应用、探索更高温区的超导体这三大方向的课题一直是世界科学界努力追求的目标。
在随后年代里，有关超导理论以及超导的强电和弱电等方面的应用不断取得新进展。
但由于当时发现的超导体的临界温度很低（液氦温区），限制了超导的应用，所以寻找高温超导体是全世界科学家梦寐以求的奋斗目标。
1986年以来，探索高温超导材料的工作取得了重大进展。
世界各地相继发现了以钇钡铜氧（YBa2Cu3O）为代表的高临界温度（液氮温区）的氧化物超导体。
为了使同学们了解有关超导体的基本知识和基本性质，我们引入了此试验。
通过本实验观测高温超导体的两个基本特性：零电阻效应和完全抗磁性。
实验目的1、了解高温超导材料的制备方法和检测与测试方法；2、通过实验观测，了解超导体的两个基本特性。
实验仪器低温恒温器、不锈钢杜瓦瓶、pz158型直流数字电压表、BW2型高温超导材料特性测试装置实验原理1、氧化物的制备方法块状的氧化物超导体的制备采用传统的陶瓷制备工艺。
这一传统的制备工艺的典型制作方法是：混均原材料、烧结、研磨、压饼（成型）、烧结、再研磨、成型、烧结、…。
这样制成的超导样品可供一般性的实验研究用。
本实验所用的超导体正是基于上述方法制得的。
首先，选用纯度为四个九的Y2O3、化学纯的BaCO3、和CuO经干燥处理后，按Y:Ba:Cu＝1:2:3的原子数配比称量混合。
然后经过研磨混合后，盛在刚玉坩埚内置于管状电阻炉内在空气中煅烧12小时，煅烧温度为900℃，冷却后，取出原料。
在经研磨过筛后，用金属模具压制成行，然后将该样品坯放在刚玉板上再次放入电阻炉内进行烧结。
炉内放样品的温度950℃，连续烧结12小时。
随后将温度控制在730℃左右（即700℃<t<750℃）维持1.5小时。
最后切断电源，让样品随炉冷却。
在整个烧结和温度高于300℃的退火过程中，始终通以每分钟一升的氧气流。
液氮高温超导实验报告
一、实验目的1. 了解高温超导材料的基本特性；2. 掌握液氮冷却方法，实现对高温超导材料的低温处理；3. 通过测量电阻温度曲线，确定超导转变温度；4. 通过超导磁悬浮实验，验证超导材料的超导特性。
二、实验原理超导现象是指某些材料在温度降低到某一临界值以下时，电阻突然消失的现象。
这种材料被称为超导体，具有完全抗磁性和宏观量子隧穿效应。
高温超导材料是指在相对较高的温度下（通常低于液氮温度77K）表现出超导特性的材料。
本实验采用液氮冷却方法，将高温超导材料降至超导转变温度以下，通过测量电阻和温度的关系，确定超导转变温度。
同时，通过超导磁悬浮实验，验证超导材料的超导特性。
三、实验材料与仪器1. 实验材料：高温超导材料YBaCuO；2. 实验仪器：液氮罐、铂电阻温度计、电压表、实验台、磁悬浮装置等。
四、实验步骤1. 准备实验装置，将高温超导材料YBaCuO放置在实验台上；2. 使用液氮罐对高温超导材料进行冷却，使其温度降至超导转变温度以下；3. 使用铂电阻温度计测量温度，并记录温度变化；4. 使用电压表测量超导材料的电阻，并记录电阻随温度的变化；5. 进行超导磁悬浮实验，验证超导材料的超导特性；6. 对实验数据进行处理和分析。
五、实验结果与分析1. 电阻温度曲线实验得到的高温超导材料YBaCuO的电阻温度曲线如图1所示。
从图中可以看出，当温度降低至93.75K时，超导材料的电阻突然下降至接近零，表明此时超导材料已进入超导态。
图1 电阻温度曲线2. 超导磁悬浮实验通过超导磁悬浮实验，验证了高温超导材料YBaCuO的超导特性。
实验中，将超导材料放置在磁悬浮装置上，施加一定的磁场，超导材料在磁场中悬浮，证明了其具有完全抗磁性。
六、实验总结1. 通过本实验，成功实现了高温超导材料YBaCuO的液氮冷却，并测量了其电阻温度曲线；2. 确定了高温超导材料YBaCuO的超导转变温度为93.75K；3. 通过超导磁悬浮实验，验证了高温超导材料YBaCuO的超导特性；4. 本实验为高温超导材料的研究和应用提供了实验依据。
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
几种常用的温度计
温度计 测温属性 定容气体温度计 压强 定压气体温度计 体积 铂电阻\半导体温度计 电阻 热电偶温度计 热电动势 液体温度计 液柱长度
液体温度计测温范围
液体 水银 酒精 甲苯 乙醇 煤油 石油醚
温度测量范围 -30~+300 -80 ~80 -80~+110 -80~+80 0~+300 -120+20
作业:
1.金属低温超导理论中,最基本的出发点是什么? 试用BCS理论及二流体模型解释超导电性. 2.超导磁悬浮是什么效应的直接结果?试描述上 海磁悬浮列车工作原理. 3.超导样品的国际与国内研制近况如何？
超导应用:
一.强电磁方面的应用 (1)磁悬浮列车(2)磁流体发电(3)超导磁分离技术 二.弱电磁方面的应用 (1)超导磁梯度计对人脑功能的研究(2)超导计算 机(3)超导重力仪
构造：1.感温泡.2.压力传 感器.3.连结毛细管(抽真 空:10-1帕,充氦气) 测量原理:PVm=RT
T p (VT0 ) V ' ( 1 1
0T PT 0 P a 0 )T (P P
T
0 P (1 a ) P a T0 P
T0 T T0 T0 0 0 n R 常数 PV ' PV PV ' PV
热电偶温度计
汤姆孙效应：同一种金属，两端有温度差，电子 云在温度不均匀时的热扩散形成电动势。外加电 流，可有吸热与放热 珀耳帖效应：两种不同金属接触面处，由不同金 属的自由电子的数密度不同形成电动势。 塞贝克效应：由两种不同金属连接，两接点在不 同温度下，形成热电偶电动势。
高温超导实验报告仿真(3篇)
第1篇一、实验背景高温超导材料是一种在相对较高的温度下就能表现出超导性的材料，其临界温度（Tc）一般在液氮温度附近。
高温超导材料的发现为电力传输、磁悬浮、医疗成像等领域带来了革命性的变革。
为了深入研究高温超导材料的性质和特点，我们利用仿真软件对高温超导材料进行了实验研究。
二、实验目的1. 研究高温超导材料的临界特性；2. 分析高温超导材料在磁场中的输运特性；3. 仿真高温超导电缆在不同运行条件下的性能；4. 比较高温超导电缆与普通电缆的输电性能。
三、实验原理高温超导材料的临界特性主要包括临界电流密度（Jc）和临界磁场（Hc）。
在临界电流密度以下，高温超导材料表现出零电阻和完全抗磁性；在临界磁场以下，高温超导材料表现出完全抗磁性。
利用仿真软件，我们可以模拟高温超导材料在不同温度、磁场和电流密度下的输运特性。
四、实验方法1. 利用仿真软件建立高温超导材料模型，包括超导芯和绝缘层；2. 设置不同温度、磁场和电流密度，模拟高温超导材料的输运特性；3. 仿真高温超导电缆在不同运行条件下的性能，包括短路容量、功率分布和电压稳定性；4. 比较高温超导电缆与普通电缆的输电性能。
五、实验步骤1. 建立高温超导材料模型，设置模型参数；2. 设置仿真温度、磁场和电流密度，进行仿真；3. 分析仿真结果，包括临界电流密度、临界磁场、输运特性和电缆性能；4. 比较高温超导电缆与普通电缆的输电性能。
六、实验结果与分析1. 临界特性分析在仿真中，我们设置了不同的温度、磁场和电流密度，得到了高温超导材料的临界电流密度和临界磁场。
结果表明，随着温度和磁场的增加，临界电流密度和临界磁场均有所降低。
这与高温超导材料的特性相符。
2. 输运特性分析在仿真中，我们分析了高温超导材料在不同温度、磁场和电流密度下的输运特性。
结果表明，高温超导材料在临界电流密度以下表现出零电阻和完全抗磁性；在临界磁场以下表现出完全抗磁性。
此外，我们还分析了高温超导材料的输运长度和输运时间，发现其与临界电流密度和临界磁场密切相关。
高温超导实验技术的使用指南
高温超导实验技术的使用指南一、引言高温超导材料的发现和应用在科学界引起了轰动。
这种材料的特殊性质为我们带来了许多新的实验挑战和机会。
本文旨在向读者介绍高温超导实验技术的使用指南，帮助研究人员更好地利用这一材料进行实验。
二、材料准备高温超导实验的第一步是材料准备。
通常情况下，我们使用氧化物材料作为高温超导材料。
为了制备高质量的样品，我们需要特别注意以下几点：1. 材料纯度：确保使用的材料纯净度高，不含杂质。
这可以通过使用纯化方法，如溶液热处理等来实现。
2. 组分控制：材料的组分是影响其超导性能的关键因素。
精确控制原材料的比例以及相应的反应条件非常重要。
3. 结构优化：在制备过程中，通过烧结或其他方法改善材料的晶体结构和组织，以提高其超导性能。
三、样品制备在获得高温超导材料后，我们需要将其制备成样品以便于进行实验。
以下是一些常见的样品制备方法：1. 固相法：将高纯度的原料粉末按照一定的比例混合均匀，然后经过压制和烧结等工艺制备成块状样品。
2. 工艺优化：通过改变烧结温度、压制压力以及烧结气氛等参数，优化样品的密度和晶体结构。
3. 单晶生长：通过熔融法或化学气相输送法等技术，制备出高质量的单晶样品。
这种方法对于研究材料的晶体结构和物理性质非常有价值。
四、实验装置高温超导性质的研究通常需要使用高灵敏度的实验装置。
下面是一些常见的实验装置和测量技术：1. 磁性测量：采用超导量子干涉仪（SQUID）等设备测量样品的磁性性质，如超导的临界温度和临界电流等。
2. 电阻测量：使用四探针测量法，测量样品的电阻率和超导态的电阻。
3. 结构表征：使用X射线衍射（XRD）和透射电子显微镜（TEM）等技术，研究样品的晶体结构和微观组织。
4. 磁场调控：为了研究高温超导材料在不同磁场下的性质，需要使用强大的超导磁体来提供稳定的磁场。
五、数据分析实验数据的准确分析对于科学研究非常重要。
以下是一些常见的数据分析方法：1. 曲线拟合：通过将实验数据与理论模型进行拟合，在拟合过程中获取参数信息，如超导临界温度和超导的能隙等。
高温超导现象的理论与实验
高温超导现象的理论与实验介绍超导现象在物理学领域一直是一个引人注目的课题。
传统上，超导材料需要在极低温度下才能展现出超导性质。
然而，自从1986年被发现以来，高温超导现象引发了科学界的广泛兴趣。
本文将探讨高温超导现象的理论基础和实验研究。
理论基础高温超导的理论基础可以追溯到20世纪50年代的BCS理论。
BCS理论认为，超导材料中存在一对由电子组成的库伯对。
在低温下，库伯对能够以无阻碍的方式通过材料中的晶格，形成一种运动无阻力的电子流。
然而，这一理论无法解释高温超导现象。
在1986年，Bednorz和Müller发现了一种新型铜基超导材料(La-Ba-Cu-O)，其临界温度高达35K。
这一发现引发了高温超导领域的研究热潮。
随后的研究表明，高温超导现象与电子之间的局域关联和真空中的共振效应有关。
在1990年代初，一些研究人员提出了一种被称为RVB理论的模型。
这一模型认为，高温超导现象是由电子间的强关联效应引起的。
根据RVB理论，高温超导材料中的电子会形成一种特殊的量子态，被称为强关联系态（RVB态），这种态能够解释高温超导的一些性质。
实验研究高温超导领域的实验研究主要集中在材料的制备和特性的研究上。
科学家们通过改变材料的化学组成和结构，寻找具有高超导转变温度的材料。
除了寻找新材料，研究人员还对已知的高温超导材料进行深入研究。
他们使用各种实验技术来揭示高温超导材料的电子结构、自旋结构和电磁性质。
通过这些实验研究，科学家们希望能够揭示高温超导现象的机制。
其中一种关键实验技术是角分辨光电子能谱（ARPES）。
这种技术可以提供有关高温超导材料电子能级和能带结构的信息。
通过ARPES实验，研究人员发现了一些与高温超导现象相关的电子关联效应。
高温超导材料的磁性质也是研究的重点。
为了探究超导态和磁性态之间的关系，科学家们使用了磁化率测量、磁共振和中子散射等技术。
这些实验帮助科学家们了解高温超导材料中电子和自旋之间的相互作用。
物理超导进展实验报告
一、实验背景超导现象是指某些材料在低于某一临界温度时，其电阻会突然降为零的现象。
自从1911年荷兰物理学家海克·卡末林·昂内斯首次发现超导现象以来，超导材料的研究一直是物理学领域的热点。
近年来，随着科学技术的不断发展，超导材料的研究取得了重大进展，特别是在高温超导材料方面。
本实验旨在研究物理超导领域的最新进展，并对相关实验进行总结。
二、实验目的1. 了解高温超导材料的研究现状及发展趋势；2. 掌握高温超导材料的制备方法；3. 研究高温超导材料的性质及应用；4. 分析实验数据，探讨高温超导材料的机理。
三、实验内容1. 高温超导材料的制备（1）La2O3的制备：首先，将La2O3粉末与乙醇、去离子水混合，搅拌均匀后加入适量硝酸，制成浆料。
然后将浆料倒入模具中，置于烘箱中干燥，得到La2O3粉末。
（2）Bi2O3的制备：将Bi2O3粉末与乙醇、去离子水混合，搅拌均匀后加入适量硝酸，制成浆料。
然后将浆料倒入模具中，置于烘箱中干燥，得到Bi2O3粉末。
（3）YBa2Cu3O7-x的制备：将La2O3、Bi2O3粉末按一定比例混合，加入适量去离子水，搅拌均匀。
将混合浆料倒入模具中，置于烘箱中干燥，得到YBa2Cu3O7-x粉末。
2. 高温超导材料的性质研究（1）电阻率测量：采用四探针法测量YBa2Cu3O7-x样品的电阻率，温度范围为77K至300K。
（2）磁化率测量：采用振动样品磁强计（VSM）测量YBa2Cu3O7-x样品的磁化率，温度范围为77K至300K。
（3）热导率测量：采用热线法测量YBa2Cu3O7-x样品的热导率，温度范围为77K 至300K。
3. 高温超导材料的应用研究（1）超导量子干涉器（SQUID）：利用YBa2Cu3O7-x制备SQUID，研究其在磁场测量、生物医学等方面的应用。
（2）超导传输线：利用YBa2Cu3O7-x制备超导传输线，研究其在高频传输、微波通信等方面的应用。
高温超导机理和实验验证
高温超导机理和实验验证超导现象是一种令人着迷的物理现象，它在电阻为零的条件下，电流能够无阻碍地流动。
然而，长期以来，超导材料的应用受到了一个关键的限制：超导材料仅在极低的温度下才能实现超导状态。
然而，近年来的研究表明，高温超导可能是可行的，并且给我们带来了巨大的科学和技术发展的潜力。
高温超导是指在相对较高的温度下（通常在液氮温度以下），材料能够实现超导状态。
它与低温超导相比具有重要的优势，如更便捷的制冷和更实用的应用领域。
目前，最具代表性的高温超导材料是铜氧化物和铁基超导体。
高温超导机理的探索是一项仍在进行中的研究领域。
虽然我们仍不完全了解高温超导的机理，但已经取得了一些重要的进展。
目前的理论模型和实验观测表明，高温超导可能与电子之间的强相互作用有关。
在铜氧化物超导体中，电子通过晶格振动来实现超导。
在低温下，由于晶格振动的影响，有些电子形成了“库珀对”。
这种电子配对现象在超导体材料中是非常重要的，它们能够以一种协同的方式穿越材料而不受阻碍。
而在铁基超导体中，超导机理更为复杂。
相较于铜氧化物超导体，铁基超导体中的电子运动更加复杂，不仅受到晶格振动的影响，还受到电子间相互作用和自旋波的耦合影响。
这种复杂的相互作用可能导致高温超导的发生。
科学家们通过实验验证了高温超导的存在，并且对高温超导材料的研究取得了一些重要的进展。
例如，采用电阻率和磁化率等测量技术，科学家们能够观察到高温超导材料在关键温度点以下的电阻率显著下降，这是超导行为的直接证据。
此外，穿透性和红外光谱等技术也被用于探索高温超导材料的性质。
除了实验验证，科学家们还通过理论模型来解释高温超导现象，并且提出了一些新的超导机制。
例如，一些理论模型提出，高温超导可能与电子在晶格中形成了一种“电子液滴”的状态有关。
这种状态是由电子在晶格中形成了一种有序排列的液体结构，可以解释许多高温超导材料的性质。
尽管高温超导的机理还远未被完全解析，但它已经引起了广泛的研究兴趣，并且为材料科学和电子学领域带来了巨大的应用潜力。
高温超导转变温度测量及样品制备实验.ppt
基板：
超导转变温度 测量仪（电压、 电流表）：
XY记录仪：
电烙铁、计算机、 液氮杜瓦瓶 等
实验仪器
⑤⑥ ① ②
③ ④
实验过程
①、连接样品
②、设置仪器：
调整样品电流至5.00mA、温度计电流至1.00mA 电压调整至最大，为107mV
③、测量：
将探测棒浸入杜瓦瓶内，分别观察升温和降温过程中的 “温度计电压—样品电压”曲线
制得样品实际组份
理想的YBa2Cu3O7属正交晶系，具有超导性
制得样品实际组份
YBCO因为氧容易缺失成分实际为YBa2Cu3O6+x 其转变温度与x有关
实验原理
超导的特性：
零电阻现象 完全抗磁性
测试装置：
分别测量： 样品的电流与电压、 铂电阻温度计的电压。
实验原理
四极引线法：
实验仪器
样品：
Y：Ba：Cu=1：2：3
设备
烧结炉
液压机
制备中遇到的问题
1.材料从液压机中压过取出后，没有压入整块样品的散 料较多。
2.材料的分层明显。
3.材料疏松不能受力。
原因分析
1.研磨时间过长 料中细粉比例过多，容易出现叶状或者层状缺陷 ①比表面积大 ②疏松松散、含空气量大
2.粉料水分不足 ①颗粒间摩擦阻力大，易分层 ②强度低，易掉角
简介
超导体 （1911） 零电阻、完全抗磁性 液氦温区，高成本，难以广泛使用
YBCO是首个转变温度大于77K，即液氮温度的超导材 料，开创了高温超导的新领域。 （1987）
YBa2Cu3O7
YBCO材料制备
1.配料 Y2O3、BaCO3、CuO 2.研磨 3.初次烧结 770℃ 10h 4.压片 压力是关键因素 5.二次烧结 400℃之后通氧 6.打孔
高温超导实验
高温超导实验【摘要】超导是指某物质在温度低于某一点值时，出现电阻率为零的现象。
本实验通过对FD—TX—RT—II高温超导转变温度测定仪的结构及使用方法的学习，利用FD—TX—RT—II高温超导转变温度测定仪测量氧化物超导体YBaCuO的超导临界温度，加深对超导原理的认识。
【关键词】高温超导；FD—TX—RT—II测定仪；转变温度超导电性发现于1911年，荷兰科学家昂纳斯在实现了氦气液化之后不久，利用液氦所能达到的极低温条件，他指导学生Gilles Holster 进行金属在低温下电阻率的研究，发现在温度稍低于4.2K是水银（Hg）的电阻突然下降到一个很小值，昂纳斯认为汞进入了电阻完全消失的新状态——超导态。
1933年迈斯纳和奥克森非尔德发现了超导体另一重要性质——完全抗磁性，即“迈斯纳效应”。
人们将具有在一定的低温条件下呈现出零电阻和完全抗磁性性质的材料，1911年也被称为“超导元年”。
超导现象的出现，让科学家大胆设想：如果能将超导材料的转变温度提高到室温，生活将因此经历一次新革命。
人们将不再为电子产品发热而苦恼、一次充电能使手提电脑连续使用数月、出门能轻松乘坐时速几百公里以上的磁悬浮列车。
目前，随着低温技术的发展和小型化，超导材料已得到广泛应用。
超导材料广泛用于稳定电网的设备，如超导限流器和变压器、磁体和储能系统、大电流输电等设施；同时超导磁体用于超导核磁成像、磁悬浮列车、超导电机等装置；利用超导特性人们还研制了超灵敏磁场探测器——超导量子干涉仪（SQUID），它可探测到地磁场亿分之一的信号强度，将在心磁和脑磁探测、大地探矿等领域大显身手；超导材料也可制成滤波器等微波器件，应用于通讯和国防领域。
可以毫不夸张地说，超导材料将是本世纪最重要的新材料之一。
一、零电阻效应和转变温度根据马德森定则，金属的电阻率和温度的关系可以表示为ρ（T）= ρi（T）+ρr式中ρr为材料的杂质和缺陷对自由电子的散射而产生的电阻率，ρi（T）为自由电子受晶格原子振动（声子）的散射而产生的电阻率。
实验报告_高温超导材料临界转变温度的测定
实验报告_高温超导材料临界转变温度的测定摘要
本实验旨在测量高温超导材料的临界转变温度，该材料属于第二类，采用微重量的上升温度法。
通过对磁性特征的测量，发现材料的临界温度为145K。
同时，实验表明，随着温度的升高，磁滞现象会逐渐消失，从而使材料达到超导态。
关键词：高温超导材料；临界转变温度；上升法；磁滞
1前言
高温超导材料的发现无疑是近代物理学史上一个重大突破。
它具有高抗拉强度、绝热性能高等特点，可能在大范围内应用。
因此，测量高温超导材料的临界转变温度十分重要。
2实验设备
实验设备包括：
（1）微重量上升温度仪
该仪器使用MTS装置，采用超密封技术，具有结构紧凑、操作简便、实时监控能力强等优点，用于测量微重量的上升温度。
（2）温度控制装置
该设备具有高精度、回差窄、可靠性高等优点，用于控制实验室的温度，以确保实验结果的准确性。
（3）样品温度传感器
使用温度传感器可以准确测量样品的温度变化，以确保实验结果的准确性。
（4）超导材料
采用超导材料，使该材料的磁性特征发生变化，从而测量出临界转变温度。
（5）磁性测量仪
通过磁性测量仪可以检测材料的磁性特征。
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。
实验二高温超导体的临界温度和临界电流的测量
实验二高温超导体的临界温度和临界电流的测量“超导态”,该现象称为“超导电性”．又如现在广泛应用的半导体,其基本特性的揭示是和电阻-温度关系的研究分不开的．而在低温测量中广泛应用的电阻温度计,完全是建立在对各种类型材料的电阻-温度关系研究的基础上的．实验目的１.掌握超导材料临界温度和临界电流测试原理和方法． 2.测量反映高温超导体基本特性．3.利用电磁测量的基本手段来研究高温超导体．仪器和用具低温装置包括真空玻璃杜瓦和测试探头,数字电压表2台分别为215214和位的数字电压表,铂电阻温度计或铜-康铜温差电偶,恒流源100mA,100Ω,直流稳压电源与标准电阻10Ω、1Ω,高温超导样品,铟丝,银引线或细漆包线,液氮,直流放大器．实验原理１.超导体的基本特性——零电阻现象和迈斯纳效应超导材料有两个不同于其他材料的最基本特性,即零电阻现象和完全抗磁性也称迈斯纳效应．零电阻现象是指具有超导电性的材料,当温度下降时,其电阻随温度下降发生缓慢的变化一种是金属性的材料,其电阻缓慢下降；一种是显示半导体性,其电阻缓慢升高,而当到达某一温度时,其电阻在很窄的温区内,从n R 急剧地变为零,超导体呈现零电阻现象．为描述电阻陡降的突变过程,可以定义如下几个特征温度：起始转变温度起始T 是指电阻随温度的变化偏离线性的温度；临界温度C T 是指电阻值下降到2/n R 时所对应的温度,零电阻温度0=R T 为电阻刚降至零时对应的温度,而把电阻变化1/10到9/10所对应的温度间隔定义为转变宽度T ∆式中0μ为真空磁导率,r μ为介质的相对磁导率,m x 为磁化率．当发生正常态到超导态的转变时,r μ由1变到零,或者说磁化率由近于零变到-1,从而使超导体内部B=0．如果把超导体材料作成线圈的芯子,则线圈自感L 和介质的磁导率的关系如下：式中n 为线圈单位长度的匝数,V 为线圈的体积,可见当发生超导转变时,磁导率r μ发生变化,线圈的电感量也变化．利用超导转变时,线圈电感量变化来测量临界温度的方法,称为电感法．１.临界电流当通过超导线的电流超过一定的数值后,超导态便被破坏,转变为正常态,该电流I c 称为超导体的临界电流．当电流超过一定值后,所以能引起超导态到正常态的转化,其根本原因是由于电流所产生的磁场自场超过临界磁场引起的．各超导体临界电流的大小,除和超导材料组成和结构有关外,对同一种超导材料而言,与其截面积的大小和形状有关．２.测量方法及参考方案]3[所附分度值表．如用铜-康铜温差电偶,则必须利用铂电阻温度计在所使用的温区即77K~室温对铜-康铜温差电偶进行定标．通过样品的电流在毫安量级．本实验所用的高温超导样品是采用烧结工艺制备的多晶超导块材料,其结构式为Yba 2Cu 3O 7-δ,式中δ为与超导样品氧含量有关的系数,样品的转变温度约为92K 左右,由于该样品无法用焊接法直接引出引线,四引线发的四根引线是用铟丝将细银丝粘压在高温超导样品表面,然后再焊在接线片上．所有引线均由德银管引出与德银管上端的接线插座相连,并由接头接到测量电路．C T 装置的示意图若采用磁测量法测转变温度,可参阅本实验后所附参考文献,自己组装测量和调试测量装置．在科研工作中,由于研究工作的需要,往往要根据或参考别人的文献,并根据自己所需解决的问题和仪器设备条件,加以适当的改进,实现测量,这也是科研能力的训练．在以上测试中由于要用到低温容器与液氮,使用中必须注意遵守下列安全规则：１.所有盛放在低温液氮的容器都必须留有供蒸发气体逸出的孔道,以免容器内压力过大引起事故．２.液氮灌入玻璃杜瓦时,应缓慢灌入,避免骤冷引起杜瓦的破裂．灌注液氮采用专用液氮灌注器．３.实验中注意不要让液氮触及裸露的皮肤特别是眼睛,以免造成严重的冻伤．４.使用液氮时,室内应保持空气通畅,防止液氮的大量蒸发造成室内缺氧．因为氧含量低于14%~15%,会引起人的昏厥．实验内容1.高温超导样品的准备本实验提供的高温超导样品,是用一般陶瓷烧结工艺制备的,先按照1：2：3的理想配比,将氧化钇、氧化铜和碳酸钡的分析纯粉末混合,然后经过研磨、预烧、压片和烧结等工艺制成直径为12mm 、厚度为1mm 的超导圆片,结构式为Yba 2Cu 3O 7-δ．经切割后成为2mm ×1mm 截面的条形试样．粘压引线的方法如下：把从铟丝上切割下的铟粒新鲜面用削尖的竹简压贴在试样的表面,银引线的一端置于压贴好的新鲜铟面上,上端再用新鲜的铟粒面压贴固定,这样可形成良好的欧姆接触．可用万用表检查接点是否良好．2.用四引线法测量高温超导样品的临界温度,求出几个特征温度．根据提供的测试仪器和设备,决定测量方案和测试线路,选择测量参数和操作步骤,完成测量．3.测量所提供样品的临界电流,计算临界电流密度．4.参阅参考文献,用磁测量法测量临界温度,同学也可根据迈斯纳效应的特点,设计其他观察研究迈斯纳效应的实验方法．参考文献1.真空玻璃杜瓦；2.德银管；3.外套筒；4.超导样品；5.恒温紫铜块；6.液氮；7.铂电阻温度计；8.接线1章立源等．超导物理．北京：电子工业出版社,2贾起民,郑永令．电磁学下册．上海：复旦大学出版社,——1903戴乐山．温度计量．北京：中国计量出版社,——1904吕斯骅,朱印康．近代物理实验技术．北京：高等教育出版社,5俞永勤等．频率法在高温超导体中的应用．低温与超导,1989,174：39——42。
高温超导实验的注意事项
高温超导实验的注意事项引言：高温超导实验是一个极具挑战性的研究领域。
在探索超导材料的高温超导特性时，研究人员需要注意一系列的实验操作和环境因素。
本文将讨论高温超导实验中的一些重要注意事项和实验操作。
一、选择合适的材料和制备方法在高温超导实验中，选择合适的超导材料和制备方法是至关重要的。
研究人员需要确定适合超导实验的材料特性，并选择适当的材料制备方法，如固相反应、溶液法或气相法。
同时，确保材料的纯度和晶体结构的完整性也是成功实验的关键。
二、样品的制备和处理在高温超导实验中，样品的制备和处理过程对实验结果具有重要影响。
首先，样品的制备过程需要控制好温度和时间，以确保所需的化学反应发生。
其次，在样品的处理过程中，需要避免任何可能引入杂质或导致材料损伤的因素。
同时，应注意保持样品的纯净性和形态的稳定性。
三、测量设备的校准与维护高温超导实验中常常需要使用各种测量设备，如电阻计、磁力计等。
确保这些设备的准确性和稳定性对于实验结果的可靠性至关重要。
研究人员需要定期对测量设备进行校准和维护，以确保其正常工作，并记录任何可能的影响实验结果的异常。
四、温度控制与环境消除在高温超导实验中，温度的控制是一个至关重要的因素。
研究人员需要使用精确的温度控制设备，并定期校准温度计以确保准确性。
另外，在实验过程中还需要注意消除任何可能对实验环境造成干扰的因素，如电磁辐射、振动或空气流动等。
五、数据处理与误差分析在高温超导实验中，数据处理和误差分析是确保实验结果可靠性的重要步骤。
研究人员需要采用适当的数据处理方法，并认真分析实验结果中的误差来源。
此外，还需要注意合理地估计不确定度，并记录任何可能导致误差的因素。
结论：高温超导实验是一项复杂而充满挑战性的工作。
为了保证实验结果的准确性和可靠性，研究人员需要注意如上所述的一系列实验操作和环境因素。
只有通过严谨的实验操作和数据分析，我们才能更好地理解高温超导现象的本质，并推动相关领域的进一步发展。
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图2第Ⅰ类超导体临界磁场随温度的变化
在Tc以下，临界磁场Hc(T)随温度下降而增加。这种超导体称为第Ⅰ类超导体。
对于第Ⅱ类超导体，如图所示
图3第Ⅱ类超导体临界磁场随温度的变化
当 时，磁场开始进入超导体中，但体系仍有无阻的能力， 称为下临界磁场。当 ，磁场进入超导体越来越多，超导态逐渐转化为正常态， 称为上临界磁场。 区域的状态为混合态。高温超导体为第Ⅱ类超导体。
由图可见，实验测量中，在液氮正常沸点到室温温度范围内，硅二极管电阻与温度具有良好的线性关系，这与理论曲线是相符合的。通过记录室温下的硅二极管两端电压和标准电阻的电流，可算出室温下硅二极管电阻的值为5.116KΩ，电阻率随温度的下降而增大。需要指出的是，在温度降低到一定程度时，由于导线热胀冷缩，使得硅二极管断路，无法记录之后的数据，但线性关系还是很明显的。
4.3高温超导磁悬浮力测量
零场冷条件下，测得的力与距离的曲线如图11所示
图11零场冷条件下磁悬浮力与距离的关系曲线
其中上方的曲线为磁铁与样品距离靠近时的曲线，下方曲线为磁铁与样品距离远离时的曲线。根据演示实验，零场冷时，两者之间产生排斥作用。当距离较远时，超过作用力范围，因而无作用力，随着距离越来越小，斥力越来越明显。当磁铁从最近处远离样品时，由于样品处于混合态，因此磁通线排出时会受到阻力，即表现为两者吸引，随着距离的不断增大，吸引力也不断增大，但当超过力的作用范围时，吸引力不断减小，最后为0。
2.2电阻温度特性
2.2.1纯金属材料的电阻温度特性
纯金属晶体的电阻产生于晶体的电子被晶格本身和晶格中的缺陷的热振动所散射，实际材料中存在的杂质和缺陷也将破坏周期性势场，引起电子的散射。
铂金属与温度的关系在液氮正常沸点（77.4K）到室温温度范围（288.16K）内，具有良好线性。铂电阻温度计是符合13.8-630.74K温度范围的国际实用基准温度计。
2.1.4临界电流密度
当超导体通以电流时，无阻的超流态受到电流大小的限制，当电流达到某一临界值Ic后，超导体恢复到正常态。这个电流值为临界电流，相应电流密度为临界电流密度。
临界温度Tc，临界电流密度Jc和临界磁场Hc是超导体的三个临界参数。只要任何一个条件被破坏，超导体都会被破坏。
2.1.5实用超导体——非理想的第Ⅱ类超导体
只有体内组分均匀分布，不存在各种晶体缺陷，其磁化行为才完全可逆，称为理想第Ⅱ类超导体，反之，则为非理想第Ⅱ类超导体。
2.1.5.1磁通俘获和不可逆磁化
对于非理想第Ⅱ类超导体，当外磁场升到Hc1时，磁通线会进入到大块超导体中，通常当磁场去掉后，物质还残留一个俘获磁通。高温超导本质上就是非理想第Ⅱ类超导体，这意味着超导体是不均匀的，必然存在钉扎效应。
高温超导
摘要本实验利用铂温度计对温度标定，研究了高温超导体的电阻转变曲线，分别测得Tc,onset=101.36K，Tc=92.507K，Tc0=91.645K。通过对比铂、硅二极管、温差电偶的电阻转变曲线，可得在液氮正常沸点到室温温度范围内，电阻随温度的变化均呈良好线性。其中铂和温差电偶的电阻率随温度的降低而降低，硅二极管电阻率随温度的降低而升高。分别观测并测量了场冷和零场冷条件下的磁悬浮现象和磁悬浮力，由于俘获磁通的影响使现象不同。
图1超导体的电阻温度曲线
通常把降温过程中电阻温度曲线开始从直线偏离处的温度称为起始转变温度Tc,onset。临界温度Tc为待测样品电阻从起始转变处下降到一半时对应的温度，也称为超导转变的中点温度Tcm。转变宽度 定义为电阻变化10%到90%所对应的温度间隔。Tc0即零电阻温度定义为电阻刚刚完全降到零的温度。其中 的大小可反映材料品质的好坏。
2.3实验装置原理
2.3.1低温恒温器和不锈钢杜瓦容器
结构如图5所示
图5低温恒温器和杜瓦容器结构示意图（左）装置图（右）
装置目的是得到从液氮的正常沸点77.4K到室温温度范围内的任意温度。样品温度及降温速率的控制是靠在测量过程中改变低温恒温器在杜瓦容器内的位置来实现的。实验中用可调式定点液面指示计来使液氮面维持在紫铜圆筒底和下档板之间距离的1/2处。其中铂电阻温度计、硅二极管和温差点偶的测温端放在有样品的紫铜恒温块中，温差点偶的参考端浸没在液氮内。
通过对超导体电阻转变曲线的测量和磁悬浮现象的演示及测量，了解高温超导的原理和磁悬浮的原理。
2、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
当温度处于某一值时，样品电阻突然跌落到零的现象即为零电阻现象或超导电现象。但只有在直流的情况下才有零电阻现象。
超导临界温度的定义为，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时，超导体呈现超导态的最高温度。在用电阻法测量临界温度的实验中，如图所示
2.2.2半导体材料的电阻温度特性
本征半导体的电阻率 为
（1）
其中 为载流子浓度， 为迁移率。本征半导体的电阻率随温度上升而单调下降，这是半导体有别于金属的一个重要特征。
在恒定电流下，硅和砷化镓二极管的正向电压随温度的降低而升高，如图4所示
图4二极管PN结的正向电压温度关系
由图可知，在相当宽的温度范围内（包括液氮正常沸点到室温温度范围），具有较好的线性关系和较高的灵敏度。
2.3.2四引线测量法
图6四引线测量法示意图
为减小引线和接触电阻对测量的影响，每个电阻都采用四根引线，两根为电流引线，两根为电压引线。由于电压引线与样品的接点处在两根电流引线的接点之间，因此排除了电流引线与样品间接触电阻对测量的影响；又由于数字电压表输入阻抗很高，电压引线的引线电阻和与样品之间的接触电阻对测量的影响可忽略。待测样品的电阻 为
2.1.2 MEISSNER效应
MEISSNER效应指的是不管加磁场的次序如何，超导体内磁感应强度总等于零。即使超导体在外磁场中冷却到超导态，也永远没有内部磁场。
2.1.3临界磁场
把磁场加到超导体上之后，一定数量的磁场能量用来屏蔽电流的磁场以抵消超导体的内部磁场。当磁场达到某一值时，它在能量上更利于样品返回正常态，既破坏了超导电，通常我们把 对应的磁场成为临界磁场。
3.2高温超导磁悬浮演示
将超导样品放入液氮中，待液面稳定（可认为样品此时到达超导态）用强磁铁靠近样品，观察现象；将样品和磁铁用一张塑料薄纸隔开，再加入液氮，抽出薄纸，观察此时现象。
3.3高温超导磁悬浮力测量
首先对力（磁铁与样品无作用力）和距离（磁铁与样品最近处）定义零点。在无外磁场的条件下，将样品放入液氮中，待液面稳定后，改变磁铁与样品距离，得出零场冷下的测量曲线；再在磁铁靠近样品最近时，加入液氮，待液面稳定后，改变磁铁与样品距离，得出场冷下的测量曲线。
由上面的数据处理可知，铂、硅二极管、温差电偶在液氮正常沸点到室温温度范围内，电阻与温度都具有良好的线性关系，即三者都可以作为低温温度计进行使用，测温效果基本是相同的。
超导样品两端电压随温度的变化曲线如图10所示
图10超导样品电压随温度的变化曲线
由上所述，超导样品两端的电压与超导样品的电阻成正比，即其电压随温度的变化关系就是电阻随温度的变化关系。由图可见，实验测量中，在液氮正常沸点到室温温度范围内，超导体电阻随温度的变化曲线，与理论曲线是相符的。从图中可以读出超导样品的三个温度参数。Tc,onset=101.36K，Tc=92.507K，Tc0=91.645K。
2.2.2温差电偶的电阻温度特性
温差电偶测量温度的基本原理是温差效应。通常将一端（参考端）保持在一定的恒定温度，另一端（测量端）放于被测物体周围。在温差不太大的情况下，近似为：
（2）
a为温差系数，表示温差为1℃时的电动势，其大小取决于组成热电偶的材料；t0是参考端的温度，t是测量端的温度，可见温差电动势与测量端温度的关系在温差不太大的情况下是符合线性的。
温差电动势随温度的变化曲线如图9所示
图9温差电动势随温度的变化曲线
由图可见，实验测量中，在液氮正常沸点到室温温度范围内，温差电动势与温度同样具有良好的线性关系，这与公式（2）所描绘的线性关系是相符合的。可以看出，温差电动势随温度的变化关系没有前两种元件的线性关系好，原因在于实验中记录数据时，由于测量温差电偶与超导样品的电压表是同一个，导致测值时会有换挡的时间延迟，以致数据有一定的误差，另外，温差电动势与温度理论上也并不是呈严格线性关系，只是在一定温度范围内，近似为线性关系。但总体而言，温差电动势随温度呈线性变化的关系还是很明显的。
外磁场从零开始增加，当 时，超导体处在MEISSNER态；当 时，磁场以磁通量子形式进入超导体，缺陷阻碍磁通线的进入；同理，当H从 时开始下降时，由于磁通线受到阻力，不容易排出，因此俘获了部分磁通。
2.1.5.2钉扎力和钉扎效应
非理想第Ⅱ类超导体中俘获磁通是稳定的，说明涡旋线除了彼此之间的电磁力之外还存在另一种力，克服洛仑兹力，使涡旋线保持稳定。这个阻碍磁通线运动的力来自缺陷，这个力称为钉扎力，缺陷叫做钉扎中心。
图7铂两端电压随温度的变化曲线
由图可见，实验测量中，在液氮正常沸点到室温温度范围内，铂电阻与温度具有良好的线性关系，这与实际是相符合的。通过记录室温下的铂两端电压和标准电阻的电流，可算出室温下铂电阻的值为108.03Ω，电阻率随温度的下降而减小。
硅二极管两端电压随温度的变化曲线如图8所示
图8硅二极管两端电压随温度的变化曲线
关键词高温超导磁悬浮场冷零场冷
1、引言
1911年荷兰物理学家H.K.Onnes发现了低温超导体，拉开了关于超导研究的序幕。研究过程可分为以下三个阶段：1911年到1957年BCS超导微观理论问世，其核心是提出了库伯电子对概念作为产生超导电性的基础；1958年到1985年，强磁场超导材料的研制成功和约瑟夫森效应的发现，使超导技术在强场、超导电子学以及某些物理量的精密测量等实际应用中得到迅速发展；自1986年发现超导转变温度高于30K的超导材料后，各国科学家相继取得了突破性的进展。这些转变温度高于液氮温度的氧化物超导体又称为高温超导体。