最新低温下的物理效应

流，从而产生超强磁场。
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物理效应及其应用
第五讲低温下的量子效应
T<TC , 物质为超导态； T>TC , 为普通金属态
临界温度TC:超导体电阻突然变为零的温度。
迄今已知，超导体的电阻率远小于10-25Ω·cm。 而00C普通导体的电阻率为1.6×10-6 Ω·cm。
临界磁场HC(T) 磁场超过HC(T)时，即使T<TC·，
绝缘体：不容易导电的物体。室温下绝缘的电阻率108Ω·m ～1018 Ω·m. 具有超导电性的物质叫超导体。
一、超导现象(Superconductivity)
1911年，荷兰莱顿大学的卡茂林-昂尼斯意外地发现，将汞冷却 到-268.98°C时，汞的电阻突然消失；后来他又发现许多金属和合 金都具有与上述汞相类似的低温下失去电阻的特性，由于它的特殊
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物理效应及其应用
第五讲低温下的量子效应
迈斯纳效应——完全抗磁性
金属球沿不同路径在正常态与超导态之间转换
A 正常态金属球 B超导态金属球
C增大磁场至超导态
D升高温度至超导态
A 正常态金属球
B增大磁场至正常态 C降低温度至超导态
D超导态金属球 5-9
物理效应及其应用
第五讲低温下的量子效应
实验表明，不管是先降温后加磁场，还是先加磁场后
导电性能，卡茂林-昂尼斯称之为超导态。卡茂林由于他的这一发现 获得了1913年诺贝尔奖。 这种低温下的零电阻现象称为超导现象。
这一发现引起了世界范围内的震动。在他之后，人们开始把处
于超导状态的导体称之为“超导体”。超导体的直流电阻率在一定的
低温下突然消失，被称作零电阻效应。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
※激光冷却与捕陷原子 以往低温多在固体或液体系统中 实现，这些系统都包含着有较强 的相互作用的大量粒子。20世纪 80年代，借助于激光技术获得了 中性气体分子的极低温（例如， 10–10K）状态，这种获得低温的 方法就叫激光冷却。
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物理效应及其应用
第五讲低温下的量子效应
导体：容易导电的物体。室温下金属导体的电阻率10-8Ω·m ～10-6 Ω·m.
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第五讲低温下的量子效应
1986年4月发现钡一镧氧化物制成的陶瓷材料具有35K的转变温度， 1986年12月23日日本宣布研制出37．5K的超导材料； 1986年12月25号美国贝尔实验室获得40K的超导材料； 1986年12月26号中国科学院获得48．6K的超导材料； 1987年2月16号休斯顿大学美籍华人朱经武获得98K的超导材料； 1987年2月14号中国物理学家赵忠贤获得110K的超导材料；
超导态
相平
衡曲 线
HC(T) HC(0)
普通金属态
超导态 0
汞电阻随温度变化
普通金属态
T
TC
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物理效应及其应用
第五讲低温下的量子效应
所谓“电阻消失”，只是说电阻小于仪表的最小可测电阻。
正常导体组成的回路有电阻
电能的损耗(热).
如果回路没有电阻
没有电能的损耗。
电流可以持续地存在下去 零电阻效应是超导态的两个基本性质之一。
※焦-汤效应：气体通过小孔有节制地从高压向低压流动的过程 称为节流过程。在节流过程中气体温度随压强变 化的现象称为焦耳-汤姆孙效应。节流膨胀温度下 降，产生制冷效应。
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第五讲低温下的量子效应
※绝热去磁制冷效应：借助磁场使某些顺磁盐中的电子自旋磁 矩排列有序，等温磁化减少熵，再进行 绝热去磁，使顺磁盐的温度降低。
在无外加磁场情况下，临界电流在超导体表面所产生 的磁场恰好等于临界磁场。
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第五讲低温下的量子效应
BCS理论是用量子力学来描述超导体系统状态的理论。
低温下的物理效应
低温下的量子效应
物理效应及其应用
第五讲低温下的量子效应
热运动往往掩盖量子效应，大多数量子效应都要在低温条 件下观察，所以获取低温的效应是低温下量子效应的关键。
制冷过程都是是系统有序度增加熵减少的过程——熵排出机。
※绝热膨胀制冷效应：在绝热膨胀过程中，与外界无热交换，。 但对外做功，只得靠减小气体内能来补偿。 内能减少，分子无规则运动动能减少，即 温 度下降。
降温，使金属由正常态转变为超导态时，磁场力线将全
部排挤出超导体外，超导体内恒有磁感应强度B=0。这
种现象称为迈斯纳Hale Waihona Puke Baidu应。
完全抗磁性的反映
超导悬浮
？超导体内部磁场变为零时，由于电流沿超导体表面流过，
这表面电流产生的磁场与外磁场抵偿的结果。
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临界电流
第五讲低温下的量子效应
1913年翁内斯发现，当在超导线中的电流 超过某一临界值时，超导线转变为正常态， 1914年他又用实验表明，超导态也可以被 外加磁场破坏，相应的电流称为临界电流 Ic， 相应的磁场称为临界磁场Hc。 左图为Nb3Sn的磁场，电流与温度的关系。
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第五讲低温下的量子效应
具有超导电性的物质叫超导体，超导体电阻突然变为零的温度 叫超导临界温度。至今已发现有28种元素、几千种合金和化合物 是超导体。超导体进入超导状态时，不仅其内的电阻为零，而 体内的磁场也为零，表现出完全的抗磁性。
长期以来，人们发现的超导体只能在低温液氦区（4K左右）工作， 这就需要许多低温设备和技术，费用很高且不方便，因而限制了 超导体的应用。60年代开始，人们一直在探索把超导临界温度提 高到液氮温区（77K）以上的办法，这就是高温超导研究。1986年 高温超导研究取得了突破性的发展，科学家相继发现了许多高温 超导物质。现在高温超导体的临界温度已达到130K左右，使超导 体已走出了液氦的阴影，为人类挖掘超导电性所隐藏的宝藏开辟 了广阔的前景。
1987年3月，中国科技大学获得215K的超导材料.
1987年3月9号，日本宣布获得175K的超导材料；
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 兴强度为零，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”。