超导电性(Superconductivity)-2013年中科大《材料物理》ppt课件
Superconductivity and its Applications
Superconductivity and its Applications 超导和超导应用超导是一种奇妙的物理现象，它是指近零电阻的材料在特定温度下，可以自发地将电流运输而不损失电能，这一现象被称为超导。
自从超导现象被发现以来，超导性质已成为物理，工程和生物等多个领域的研究热点。
本文将对超导的概念，性质和应用进行探讨。
一、超导的概念超导最早被发现是在1911年，当时在荷兰的莱顿大学，物理学家海克尔斯和卡末林发现在低温下汞的电阻突然减小并最终消失。
这一现象是有趣的，因为在当时的物理学家看来，电阻是任何材料中的必需品。
经过进一步研究，物理学家们发现这一效应是由于材料在超导状态下，电子以成对的形式移动，即库珀对，而不是独立地移动。
这一对电子之间发生了什么不尽清楚，但是这种共同运动使得电流在材料中流动时经历了相干性的运动而不会损失电能。
超导材料的主要特点是在超导状态下，所有有电荷的自由运动质量的粒子（通常是电子），即使在有外部电场的情况下也无法通过材料中传播，因此在超导状态下不能流失电能。
此外，超导体在超导状态下具有强磁场抑制效应，磁通通过超导体时，阻力为零。
二、超导的性质超导体的主要性质包括临界温度，临界电流密度和退相干距离。
1、临界温度临界温度是指在一个超导体中必须达到的温度，才能让这个超导体进入超导态。
所有的超导材料都有一个特定的临界温度，当温度降到这个温度以下时，电阻将下降到零。
对于高温超导材料（HTS），临界温度通常大于-100°C。
2、临界电流密度临界电流密度是指在一个超导状态下的电流密度水平超出了它的临界值，会导致超导材料失去超导功能。
通常，超导材料在其临界电流密度的一小部分内表现出类似于阻抗的性质，使其能够承受相对较大的电流。
但是超过这个限制，将会破坏超导和废除材料的超导性质。
3、退相干距离退相干距离是指在超导电流通过超导体时，因为磁通对超导电子对的长度进行干扰，并且当它们受到干扰时，它们的超导性的长度。
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。
低温物理与技术-第7章 超导电性
h2 2 2 (1 2 ) 0 V (r1 r2 ) 0 E 0 2m
其中V(r1+ r2)代表两电子间的吸引位势
在弱耦合极限下（ N(0)V<<1），
E 2EF 2hc e
2 N ( 0)V
存在着一个电子对束缚态，其能量比2EF低，
2hc e
此可确定T＞0K下的能隙。 令＝0，即得到确定Tc的方程
h tanh( / 2kTc ) 1 d 0 N (0)V
令x＝/2kTc，将右方积分先进行部分积分，再考虑到kTc<< hc ，
kTc 1.14hce
1/ N ( 0)V
这就是确定超导转变温度的BCS公式。 条件kTc<< hc 就相当于N(0)V<<1，即弱耦合条件。 由于 c M-1/2，所以上式结果表示Tc M-1/2，即BCS理论预言 有同位素效应。 由上式还可看出，费米能处的态密度N(0)包含在指数中。于 是Tc强烈地与N(0)有关，特别是 N(0)高有利于得到高Tc，许
2
库伯对
相干长度
h / pF
h 2m EF
k
R
k
得到GL理论引进的相干长度
(T )
h [2m* (Tc T ) ' ]1/ 2
其中
' ( )T Tc T
显然，GL相干长度 (T) 不同于皮帕尔德引进的与温度无关的相干长度(纯超导体为 0，脏超导体为 (l))，它进一步表明超导体的相干长度是和温度有关的。
Cooper pair
k1=k1’+q
k2’=k2+q
(a)
(b)
2013期刊影响因子
期刊英文名中文名影响因子Nature自然31.434Science科学28.103Nature Material自然（材料）23.132Nature Nanotechnology自然（纳米技术）20.571Progress in Materials Science材料科学进展18.132Nature Physics自然（物理）16.821Progress in Polymer Science聚合物科学进展16.819Surface Science Reports表面科学报告12.808Materials Science & Engineering R-reports材料科学与工程报告12.619Angewandte Chemie-International Edition应用化学国际版10.879Nano Letters纳米快报10.371Advanced Materials先进材料8.191Journal of the American Chemical Society美国化学会志8.091Annual Review of Materials Research材料研究年度评论7.947Physical Review Letters物理评论快报7.180Advanced Functional Materials先进功能材料6.808Advances in Polymer Science聚合物科学发展6.802Biomaterials生物材料6.646Small微观？6.525Progress in Surface Science表面科学进展5.429Chemical Communications化学通信5.34MRS Bulletin材料研究学会（美国）公告5.290Chemistry of Materials材料化学5.046Advances in Catalysis先进催化4.812Journal of Materials Chemistry材料化学杂志4.646Carbon碳4.373Crystal Growth & Design晶体生长与设计4.215Electrochemistry Communications电化学通讯4.194The Journal of Physical Chemistry B物理化学杂志，B辑：材料、表面、界面与生物物理4.189 Inorganic Chemistry有机化学4.147Langmuir朗缪尔4.097Physical Chemistry Chemical Physics物理化学4.064International Journal of Plasticity塑性国际杂志3.875Acta Materialia材料学报3.729Applied Physics Letters应用物理快报3.726Journal of power sources电源技术3.477Journal of the Mechanics and Physics of Solids固体力学与固体物理学杂志3.467 International Materials Reviews国际材料评论3.462Nanotechnology纳米技术3.446Journal of Applied Crystallography应用结晶学3.212Microscopy and Microanalysis 2.992Current Opinion in Solid State & Materials Science固态和材料科学的动态2.976Scripta Materialia材料快报2.887The Journal of Physical Chemistry A物理化学杂志，A辑2.871Biometals生物金属2.801Ultramicroscopy超显微术2.629Microporous and Mesoporous Materials多孔和类孔材料2.555Composites Science and Technology复合材料科学与技术2.533Current Nanoscience当代纳米科学2.437Journal of the Electrochemical Society电化学界2.437Solid State Ionics固体离子2.425IEEE Journal of Quantum ElectronicsIEEE量子电子学杂志2.413Mechanics of Materials材料力学2.374Journal of nanoparticle research纳米颗粒研究2.299CORROSION SCIENCE腐蚀科学2.293Journal of Applied Physics应用物理杂志2.201Journal of Biomaterials Science-Polymer Edition生物材料科学—聚合物版2.158IEEE Transactions on NanotechnologyIEEE 纳米学报2.154Progress in Crystal Growth and Characterization of Materials晶体生长和材料表征进展2.129 Journal of Physics D-Applied Physics物理杂志D——应用物理2.104Journal of the American Ceramic Society美国陶瓷学会杂志2.101Diamond and Related Materials金刚石及相关材料2.092Journal of Chemical & Engineering Data化学和工程资料杂志2.063Intermetallics金属间化合物2.034Electrochemical and Solid State Letters固体电化学快报2.001Synthetic Metals合成金属1.962Composites Part A-Applied Science and Manufacturing复合材料A应用科学与制备1.951 Journal of Nanoscience and Nanotechnology纳米科学和纳米技术1.929Journal of Solid State Chemistry固体化学1.91Journal of Physics: Condensed Matter物理学学报：凝聚态物质1.9Urnal of Bioactive and Compatible Polymer生物活性与兼容性聚合物杂志1.896 International Journal of Heat and Mass Transfer传热与传质1.894Applied Physics A-Materials Science & Processing应用物理A－材料科学和进展1.884Thin Solid Films固体薄膜1.884Surface & Coatings Technology表面与涂层技术1.860Materials Science & Engineering C-Biomimetic and Supramolecular Systems材料科学与工程C—仿生与超分子系统1.812Materials Research Bulletin材料研究公告1.812International Journal of Solids and Structures固体与结构1.809Materials Science and Engineering A-Structural Materials Properties Microst材料科学和工程A—结构材料的性能、组织与加工1.806Materials Chemistry and Physics材料化学与物理1.799Powder Technology粉末技术1.766Materials Letters材料快报1.748Journal of Materials Research材料研究杂志1.743Smart Materials & Structures智能材料与结构1.743Solid State Sciences固体科学1.742Polymer Testing聚合物测试1.736Nanoscale Research Letters纳米研究快报1.731Surface Science表面科学1.731Optical Materials光学材料1.714International Journal of Thermal Sciences热科学1.683Thermochimica Acta热化学学报1.659Journal of Biomaterials Applications生物材料应用杂志1.635Journal of Thermal Analysis and Calorimetry1.63Journal of Solid State Electrochemistry固体电化学杂志1.597Journal of the European Ceramic Society欧洲陶瓷学会杂志1.58Materials Science and Engineering B-Solid State Materials for Advanced Tech材料科学与工程B—先进技术用固体材料1.577Applied Surface Science应用表面科学1.576European Physical Journal B欧洲物理杂志B1.568Solid State Communications固体物理通信1.557International Journal of Fatigue疲劳国际杂志1.556Computational Materials Science计算材料科学1.549Cement and Concrete Research水泥与混凝土研究1.549Philosophical Magazine Letters哲学杂志（包括材料）1.548Current Applied Physics当代应用物理1.526Journal of Alloys and Compounds合金和化合物杂志1.51Wear磨损1.509Journal of Materials Science-Materials in Medicine材料科学杂志—医用材料1.508 Advanced Engineering Materials先进工程材料1.506Journal of Nuclear Materials核材料杂志1.501International Journal of Applied Ceramic Technology应用陶瓷技术1.488Chemical Vapor Deposition化学气相沉积1.483COMPOSITES PART B-ENGINEERING复合材料B工程1.481Composite Structures复合材料结构1.454Journal of Non-crystalline Solids非晶固体杂志1.449Journal of Vacuum Science & Technology B真空科学与技术杂志B1.445Semiconductor Science and Technology半导体科学与技术1.434Journal of SOL-GEL Science and TEchnology溶胶凝胶科学与技术杂志1.433Science and Technology of Welding and Joining焊接科学与技术1.426Metallurgical and Materials Transactions A-Physical Metallurgy and Material冶金与材料会刊A——物理冶金和材料1.389Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering材料科学与工程中的建模与模拟1.388Philosophical Magazine A-Physics of Condensed Matter Structure Defects andMechanical Properties哲学杂志A凝聚态物质结构缺陷和机械性能物理1.384Philosophical Magazine哲学杂志1.384Ceamics International国际陶瓷1.369Oxidation of Metals材料氧化1.359Modern Physics Letters A现代物理快报A1.334Cement & Concrete Composites水泥与混凝土复合材料1.312Journal of Intelligent Material Systems and Structures智能材料系统与结构1.293Journal of Magnetism and Magnetic Materials磁学与磁性材料杂志1.283Journal of Electronic Materials电子材料杂志1.283Surface and Interface Analysis表面与界面分析1.272Science and Technology of Advanced Materials1.267Journal of Computational and Theoretical Nanoscience计算与理论纳米科学1.256IEEE TRANSACTIONS ON ADVANCED PACKAGINGIEEE高级封装会刊1.253Materials Characterization材料表征1.225International Journal of Refractory Metals & Hard Materials耐火金属和硬质材料国际杂志1.221Physica Status solidi A-Applied Research固态物理A——应用研究1.205PHASE TRANSITIONS相变1.201Journal of Thermal Spray Technology热喷涂技术杂志1.2International Journal of Nanotechnology纳米工程1.184Journal of Materials Science材料科学杂志1.181Journal of Vacuum Science & Technology A-VACUUM Surfaces and Films真空科学与技术A真空表面和薄膜1.173PHYSICA STATUS SOLIDI B-BASIC RESEARCH固态物理B—基础研究1.166MATERIALS SCIENCE IN SEMICONDUCTOR PROCESSING半导体加工的材料科学1.158 International Journal of Fracture断裂学报1.147Journal of Materials Processing Technology材料加工技术杂志1.143Metals and Materials International国际金属及材料1.139IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICSIEEE磁学会刊1.129Vacuum真空1.114Journal of Applied Electrochemistry应用电化学1.111Materials & Design材料与设计1.107JOURNAL OF PHYSICS AND CHEMISTRY OF SOLIDS固体物理与化学杂志1.103Journal of Experimental Nanoscience实验纳米科学1.103POLYMER COMPOSITES聚合物复合材料1.054Journal of Materials Science-Materials in Electronics材料科学杂志—电子材料1.054Journal of Composite Materials复合材料杂志1.034Journal of the Ceramic Society of Japan日本陶瓷学会杂志1.023JOURNAL OF ELECTROCERAMICS电子陶瓷杂志0.99ADVANCES IN POLYMER TECHNOLOGY聚合物技术发展0.979IEEE TRANSACTIONS ON COMPONENTS AND PACKAGING TECHNOLOGIESIEEE元件及封装技术会刊0.968Journal of Porous Materials多孔材料0.959IEEE TRANSACTIONS ON SEMICONDUCTOR MANUFACTURINGIEEE半导体制造会刊0.957 CONSTRUCTION AND BUILDING MATERIALS结构与建筑材料0.947Journal of Engineering Materials and Technology-Transactions of The ASME工程材料与技术杂志—美国机械工程师学会会刊0.938FATIGUE & FRACTURE OF ENGINEERING MATERIALS & STRUCTURES工程材料与结构的疲劳与断裂0.934IEEE TRANSACTIONS ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITYIEEE应用超导性会刊0.919ACI STRUCTURAL JOURNAL美国混凝土学会结构杂志0.895Materials Science and Technology材料科学与技术0.894Materials and Structures材料与结构0.892Reviews on Advanced Materials Science先进材料科学评论0.891International Journal of Thermophysics热物理学国际杂志0.889JOURNAL OF ADHESION SCIENCE AND TECHNOLOGY粘着科学与技术杂志0.869Journal of Materials Science & Technology材料科学与技术杂志0.869High Performance Polymers高性能聚合物0.86BULLETIN OF MATERIALS SCIENCE材料科学公告0.858Mechanics of Advanced Materials and Structures先进材料结构和力学0.857PHYSICA B物理B0.822EUROPEAN PHYSICAL JOURNAL-APPLIED PHYSICS欧洲物理杂志—应用物理0.822 CORROSION腐蚀0.821International Journal of Materials Research材料研究杂志0.819JOURNAL OF NONDESTRUCTIVE EVALUATION无损检测杂志0.808METALLURGICAL AND MATERIALS TRANSACTIONS B-PROCESS METALLURGY ANDMATERIALS冶金和材料会刊B—制备冶金和材料制备科学0.798Materials Transactions材料会刊0.753Aerospace Science and Technology航空科学技术0.74Journal of Energetic Materials金属学杂志0.723Advanced Powder Technology先进粉末技术0.716Applied Composite Materials应用复合材料0.712Advances in Applied Ceramics先进应用陶瓷0.708Materials and Manufacturing Processes材料与制造工艺0.706Composite Interfaces复合材料界面0.69JOURNAL OF ADHESION粘着杂志0.685INTERNATIONAL JOURNAL OF THEORETICAL PHYSICS理论物理国际杂志0.675JOURNAL OF NEW MATERIALS FOR ELECTROCHEMICAL SYSTEMS电化学系统新材料杂志0.67 Journal of Thermophysics and Heat Transfer热物理与热传递0.647Materials and Corrosion-Werkstoffe Und Korrosion材料与腐蚀0.639RESEARCH IN NONDESTRUCTIVE EVALUATION无损检测研究0.630JOURNAL OF COMPUTER-AIDED MATERIALS DESIGN计算机辅助材料设计杂志0.605 JOURNAL OF REINFORCED PLASTICS AND COMPOSITES增强塑料和复合材料杂志0.573ACI MATERIALS JOURNAL美国混凝土学会材料杂志0.568SEMICONDUCTORS半导体0.565FERROELECTRICS铁电材料0.562INTERNATIONAL JOURNAL OF MODERN PHYSICS B现代物理国际杂志B0.558MATERIALS RESEARCH INNOVATIONS材料研究创新0.54GLASS TECHNOLOGY -PART A玻璃技术0.529JOURNAL OF MATERIALS IN CIVIL ENGINEERING土木工程材料杂志0.526NEW DIAMOND AND FRONTIER CARBON TECHNOLOGY新型金刚石和前沿碳技术0.500 SCIENCE IN CHINA SERIES E-TECHNOLOGICAL SCIENCES中国科学E技术科学0.495 ATOMIZATION AND SPRAYS雾化和喷涂0.494SYNTHESE合成0.477HIGH TEMPERATURE高温0.469Journal of Phase Equilibria and Diffusion相平衡与扩散0.457INORGANIC MATERIALS无机材料0.455MECHANICS OF COMPOSITE MATERIALS复合材料力学0.453BIO-MEDICAL MATERIALS AND ENGINEERING生物医用材料与工程0.446PHYSICS AND CHEMISTRY OF GLASSES玻璃物理与化学0.429JOURNAL OF WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY-MATERIALS SCIENCE EDITION武汉理工大学学报-材料科学版0.424ADVANCED COMPOSITE MATERIALS先进复合材料0.404Journal of Materials Engineering and Performance材料工程与性能杂志0.403Solid State Technology固体物理技术0.400FERROELECTRICS LETTERS SECTION铁电材料快报0.375JOURNAL OF POLYMER MATERIALS聚合物材料杂志0.373JOURNAL OF INORGANIC MATERIALS无机材料杂志0.37GLASS SCIENCE AND TECHNOLOGY-GLASTECHNISCHE BERICHTE玻璃科学与技术0.365 POLYMERS & POLYMER COMPOSITES聚合物与聚合物复合材料0.355Surface Engineering表面工程0.354RARE METALS稀有金属0.347HIGH TEMPERATURE MATERIAL PROCESSES高温材料加工0.34JOURNAL OF TESTING AND EVALUATION测试及评价杂志0.324AMERICAN CERAMIC SOCIETY BULLETIN美国陶瓷学会公告0.324MATERIALS AT HIGH TEMPERATURES高温材料0.323MAGAZINE OF CONCRETE RESEARCH混凝土研究杂志0.315SURFACE REVIEW AND LETTERS表面评论与快报0.309Journal of Ceramic Processing Research陶瓷处理研究0.294JSME INTERNATIONAL JOURNAL SERIES A-SOLID MECHANICS AND MATERIAL ENGINEERIN日本机械工程学会国际杂志系列A－固体力学与材料工程0.291MATERIALS TECHNOLOGY材料技术0.288ADVANCED COMPOSITES LETTERS先进复合材料快报0.27HIGH TEMPERATURE MATERIALS AND PROCESSES高温材料和加工0.268INTEGRATED FERROELECTRICS集成铁电材料0.242MATERIALS SCIENCE材料科学0.226MATERIALS EVALUATION材料评价0.21POWDER METALLURGY AND METAL CERAMICS粉末冶金及金属陶瓷0.201RARE METAL MATERIALS AND ENGINEERING稀有金属材料与工程0.162 INTERNATIONAL JOURNAL OF MATERIALS & PRODUCT TECHNOLOGY材料与生产技术国际杂志0.157METAL SCIENCE AND HEAT TREATMENT金属科学及热处理0.157JOURNAL OF ADVANCED MATERIALS先进材料杂志0.14ADVANCED MATERIALS & PROCESSES先进材料及工艺0.129MATERIALS WORLD材料世界0.122SCIENCE AND ENGINEERING OF COMPOSITE MATERIALS复合材料科学与工程0.098 MATERIALS PERFORMANCE材料性能0.074。
人类的超导发现史
人类的超导发现史《阿凡达》中的哈利路亚悬浮山超导既不是电影里介绍的超级导弹，也不是电商里宣传的超导风扇、超导浴霸，而科幻世界《阿凡达》里奇妙的哈利路亚悬浮山，则是真正的超导的杰作。
电影里哈利路亚山中有一种名为“Unobt-ainum”（中译：不可获得的元素）的室温超导矿石，这种矿石通过排斥行星的地磁场来实现悬浮。
超导的英文名字叫superconductivity，全称为“超级导电” ，是20世纪最伟大的科学发现之一。
按照电阻率随温度变化的不同特性，介质材料可分为绝缘体、半导体、导体和超导体，超导指的是某些材料在温度降低到某一临界温度（或超导转变温度）以下时，电阻突然消失（零电阻效应），同时外磁场磁力线全部排出体外（完全抗磁性）的一种电磁现象。
具备以上特性的材料称为超导体。
超导到底是啥？超导的研究起于人们的一个疑问：超导材料的电阻随温度的持续下降会达到怎样的一种状态呢？大概就是这样啦科学家要解决这一个问题，首先需要得到更低的温度。
传统的低温环境主要依靠液化气体来实现，比如液氢的沸点是20 K（热力学温标中0 K对应着零下273摄氏度，20 K即相当于零下253摄氏度）。
1873年，来自荷兰莱顿大学的范德华创建了气体液化理论。
而到了1908年，同样来自荷兰莱顿大学的昂内斯等将最难液化的气体——氦气成功液化，并获得液氦的沸点为4.2 K。
液氦通过进一步节流膨胀技术可以获得低至1.5 K的低温环境。
甚至通过He3-He4，可以达到5mK（毫开）。
液态氦在温度下降至2.18K 时（HeⅡ），性质发生突变，成为一种超流体，能沿容器壁向上流动。
汞，常温下是液态，蒸发或电解就可以得到纯度极高的材料，堪称完美金属。
昂内斯等人测量金属汞在低温下的电阻时，惊讶地发现当温度降至4.2 K以下时，汞的电阻突然下降到仪器测量不到的最小值，基本可认为是零电阻态，第一个超导体——金属汞就此被发现，其超导临界温度Tc为4.2 K。
轻松入门超导体物理：重点知识点教案
超导体物理是材料科学中的一个重要分支，对于理解与利用超导体材料的特殊性质具有极大的意义。
然而由于其理论较为深奥，初学者常常很难摸索透彻。
针对这一问题，本文特别整理出了重点知识点及相关教案，给大家提供方便。
一、超导的基本概念超导物理的起源可以追溯到1911年荷兰物理学家海克·凡·德拉·杜克（Heike Kamerlingh Onnes）对汞的低温性质的研究。
当时他意外地发现在4.2K（即-268.95℃）以下的极低温度下，汞的电阻突然降为零。
这一现象就是超导（superconductivity），而呈现这种性质的物质被称为超导体。
超导是电阻消失的一种现象，它发生在特定的材料中，在临界温度以下，该材料的电阻为零。
同时超导还具有一些其他的特殊性质，例如它可以将磁场抵消掉、可以维持漂亮的稳定电流等。
因此，超导体常常被用来制造高效的电子设备，例如电感器、放大器和加速器等。
超导性质的解释涉及电子自由度的能量区间、电阻和超导相。
超导性质的产生还需要许多其他因素，包括电子的相互作用、材料的化学组成、材料结构的特殊性质以及温度等。
二、超导的典型特性超导体具有许多典型的特性，其中最突出的一些特性包括：1.零电阻：在超导温度下（即临界温度以下）超导体内的电流可以在不损耗电能的情况下持续流动。
2.零磁场：在超导状态下，超导体可以完全抵消磁场的影响，在其内部磁场一般为零。
3.超导态：在临界温度以下，超导材料的电阻瞬间下降为零，进入超导态。
4.马格努斯效应：当超导体受到施加的磁场时，它会产生一个竖直向上的力，这被称为马格努斯效应。
三、超导的应用与发展由于超导体具有极佳的电子特质和电场性质，所以已经广泛应用于各种领域，例如医疗技术、电子元器件、电传输、磁悬浮列车等。
此外，随着超导体物理学的发展，越来越多的超导体被发现和研究，比如近几年来大家所熟知的LaO$_{1-x}$F$_x$FeAs（1111）系和BaFe$_{2-x}$Co$_x$As$_2$（122）系等铁基超导体，以及伯利恒钪氧化物（BSCCO）等铜基超导体等。
超导材料发展历程及现行理论解释与应用.pptx
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发展历程
• 1911年，荷兰科学家H. K. Ones 利用低温技术研究金属的电阻特性时发现Hg在温度 低至4.2K时电阻降为零。后人把这种状态叫超导态。并把电阻突然降为零的温度 称为临界温度，记为Tc。
• 但由于早期的超导体存在于液氦极低温度条件下，极大地限制了超导材料的应用。 人们一直在探索高温超导体，从1911年到1986年，75年间从水银的4.2K提高到铌 三锗的23．22K，才提高了19K,科学家们用乌龟来形容这个程度。
• 一个比较形象的理解：当一个电子在晶格中运动时，由于异性电荷相吸而导 致局域晶格畸变，当另外一个电子通过时，会感受到第一个电子通过时导致 的晶格畸变的影响，从而在两个电子之间产生间接吸引相互作用，这就是 “库珀对”，其总动量和总自旋为零。所有电子对在运动过程中能够保持 “步调一致”（相位相干，即相位相同），即使受到杂质等散射也将保持总 动量不变，从而在外加电场作用下能够不损失能量而运动——这种现象就是 超导。所以说，超导是微观量子凝聚态的宏观表现。
• （3）临界电流密度Jc：当通过超导体的电流密度超过临界电流密度Jc时， 超导体由超导体恢复为正常状态。临界电流密度Jc与温度、磁场强度有关。
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实验检验
为了证实（超导体）电阻为零，科学家将一 个铅制圆环，放入温度低于Tc=7.2K的空间， 利用电磁感应使环内激发起感应电流。结果 发现，环内电流能持续下去，从1954年3月16 日始，到1956年9月5日止，在两年半的时间 内的电流一直没有衰减，这说明圆环内的电 能没有损失，当温度升到高于Tc时，圆环由 超导状态变正常态，材料的电阻骤然增大， 感应电流立刻消失，这就是著名的昂尼斯持 久电流实验。
的崔田教授组在“传统
高温超导体”的研究上
MgB_2超导电性的发现及其特性
MgB2超导电性的发现及其特性学生姓名：高宁学号：20095040202单位：物理电子工程学院专业：物理学指导老师：刘慧职称：实验师摘要：本文介绍了超导发展的历史和最有可能首先实现大规模工业应用的超导材超导电性的发现，详细介绍了MgB2中的超导电性的特性和研究现状，MgB2料MgB2的发现实现了高温超导技术的实用化进程。
关键词：超导; 二硼化镁; 晶体结构; 研究现状The found and characteristics of MgB2’s superconductivity Abstract：This article introduces the development history of superconductor and the found of MgB2’s superconductivity, MgB2 is a superconducting material, which is most probably to be firstly realized in large-scale industrial application. This article also describes the feature and characteristics of MgB2. The found of MgB2 realizes the superconducting technique’s practical applications.Key words：Superconducting,MgB2, Crystal structure, Research status引言自从在铜氧化物中发现了高转变温度的超导体以后，新的高温超导的研发引起了人们极大的兴趣，MgB2超导体以其39K的高转变点打破了Bardeen-Cooper-Schriefler 的理论预言[1]，为研究超导的微观机理提供了一种新型的材料。
超导材料-2013
Tc does not exceed 10K in pure elements under normal conditions. Pb (7.19K), Nb (9.25K)
Superconductivity in binary and ternary compounds
Superconducting solid solutions of transition metals In contrast to intermetallic compounds, they are quite ductile.
Nb0.75Zr0.25 (Tc=11K) and Nb0.75Ti0.25 (Tc=10K) have become technologically the most important superconducting materials
Superconducting intermetallic compounds
NaCl-type struture
Non-crystalline metallic superconductors Two kinds: Formed by transition elements (La,Zr,Nb) and Au, Pd（钯）,Rh(铑) Formed by metals doped with semimetals (P,B,Si, C and Ge)
正常态
超导态
有经验公式：
Hc(T)=Hc(0)(1-T /Tc )
2 2
Tc
T
(3) 临界电流: Ic
V
当通过超导体中的电流达到 某一特定值时，又会重新出 现电阻，使其产生这一相变 的电流称为临界电流，记为 Ic。目前，常用电场描述 Ic(V) ，即当每厘米样品长度 上出现电压为1V时所输送 的电流。 对于第一类超导体： Ic=1/2 aHc
传统超导的基本性质和理论
临沂师范学院理学院 2010 届本科毕业论文（设计）
目
录
引言: ................................................ 6 一 关于超导的几个唯象理论： .......................... 6
1 二流体模型........................................................................................................................... 6 2 London 方程......................................................................................................................... 7 3 超导与对称性自发破却（金兹堡-朗道理论） ................................................................. 7
3 超导与对称性自发破却（金兹堡-朗道理论）
二 超导态微观图像（BCS 理论） ....................... 10 三 第二类超导体 ..................................... 12 小结 ................................................ 15 参 考 文 献 ......................................... 16 致 谢 .............................................. 17
超导材料介绍ppt课件
精品课件 1
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
精品课件 2
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。
赵忠贤
陈立泉
锶镧铜氧(1987年初，48.精6K品)课、件钡镧铜氧、钇钡铜氧系材料，
铋系超导体
8
二、超导电性的基本特征
Zero Resistance -
Meissner Effect -
Critical Properties
Josephson Effects Tunnelling
No Power Loss Act as Magnet - Tc, Jc, Hc - Electron
精品课件 9
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。
精品课件 24
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。
精品课件 12
超导体与理想导体的磁性质的区别
精品课件
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。
超导材料相关书籍
超导材料相关书籍超导材料是一类在低温条件下表现出零电阻和磁场排斥的特殊材料。
以下是一些与超导材料相关的经典书籍，它们涵盖了超导现象的基础理论、实验方法以及应用方面的知识：1. 《Introduction to Superconductivity: Second Edition》- 作者: Michael Tinkham□该书是超导学领域的经典之作，介绍了超导现象的基本理论和实验方面的知识。
2. 《Superconductivity, Superfluids, and Condensates》- 作者: James F. Annett□这本书介绍了超导性、超流性和凝聚态物质的基本原理，涵盖了广泛的物理学领域。
3. 《Introduction to Superconductivity: V. 1 and 2》- 作者: A.C. Rose-Innes, E. H. Rhoderick□这是一套两卷的书籍，涵盖了超导材料的理论基础、实验技术以及应用方面的内容。
4. 《Superconductivity: A Very Short Introduction》- 作者: Stephen J. Blundell□本书是牛津大学“Very Short Introductions”系列的一部分，为非专业人士提供了关于超导性的简明介绍。
5. 《Superconductivity of Metals and Alloys》- 作者: P. G. de Gennes□由诺贝尔物理学奖得主Philippe de Gennes所著，是关于超导金属和合金的经典著作。
6. 《Superconductivity: Fundamentals and Applications》- 作者: Wolfgang Buckel, Reinhold Kleiner□该书介绍了超导现象的基础理论，同时讨论了各种应用，包括超导电子学和超导磁体。
超导高分子聚合物--综述
超导高分子聚合物超导电性(superconductivity)是指许多金属、合金、化合物在温度低于某一临界温度时，电阻率完全消失即物质的这种零电阻现象。
此时的导体材料称为超导体。
超导体没有电阻，电流流经超导体时就不会发生热损耗，电流可以毫无阻力地在导线中形成强大的电流而无损耗，也可以产生超强磁场。
超导的发现不仅有极大理论价值，而且展现了极好的应用前景。
高温超导微观机理的探索通常认为,在1985年以前发现的工作在液氦温区(4.2K)的超导材料称为低温超导体；在1986年以后发现的工作在液氮温区(77K)的超导材料称为高温超导体。
1957年发表的BCS理论认为,低温超导电性源于电子通过声子相互吸引形成库珀电子对,使材料处于超导状态。
1986年后发现的高温超导电性,则不能用BCS 理论来解释,它的微观机制与声子无关,至今还未发现一个公认的高温超导微观理论。
东京大学和斯坦福大学的科学家在2001年的英国《自然》杂志上发表的研究成果中称,已经通过实验找到了声子与高温超导电性有关的直接证据。
这一新发现推翻了认为声子与高温超导电性无关的定论；这一新理论不但能解释低温超导电性,同时也能有效的解释高温超导的微观机理,为建立统一的超导微观理论向前迈出了可喜的一步,同时也为寻找新型的超导材料提供了有益的启示和线索。
超导高分子的研究进展1975年，美国科学家Greene[1]等在试验中发现链状聚合物聚氮化硫（PSN）具有超导电性，这是世界上发现的第一个具有超导的聚合物。
虽然其转变温度仅为0.26K，但这一超导聚合物的发现具有极大理论意义。
1989年，俄罗斯科学家报道了在经过长期氧化的聚丙烯体系中发现了是问超导体[2]，其超导转变温度达300K，但是没有看到后继报道，成为孤证。
不过这种高分子材料掺杂得到超导材料的思路和超导陶瓷合金材料的思路很接近。
2001年3月，美国朗讯科技公司贝尔实验室的科学家发现，一种有机聚合物在低温下表现出超导电性，这是人们首次发现有机聚合物能够成为超导材料，贝尔实验室的这些科学家在英国《Nature》杂志上撰文说[3]，他们利用有机聚合物---聚3已基噻吩(P3HT)的溶液，研制出结构有规则的P3HT薄膜,在绝对温度2.35K 时，具有超导电性,尽管它的Tc相当低，但是这个发现的科学意义是不可低估的。
2-5_离子导电与超导简介
2.6 超导性 (Superconductivity)
超导性－电阻突降为零 1911年 H K Onnes 比较：结构完整的“纯”金属电阻率 在极低温下减小为零——不同方式 之后，人们相继发现了大量的材 料具有超导特性。不过，发具有 超导特性的材料一度局限于金属 合金及金属间化合物材料，最高 临界温度长期不能超过23.2K， 故此超导性离不开液He。 1986年，陶瓷材料中发现了高温超 导性。临界温度超过液氮沸点77K 超导性的临界温度TC
作业讲评
• 加深理解—— 思考题使概念清晰化，准确；避免模棱两可 习题：通过定量化帮助定性理解；呼应课堂 例子：半导体导电性习题，Cu的导电性分析习题；思考题 • 专业化发展——专业圈内交流都是量化的具体数值，“入围” • 基本训练——数值计算 数值计算——算准，不出错（实际的错误率很高！） 生产、科研—废品，额外损失，错误！ 问题1：加入Ni的含量使Cu的电阻率温度系数降低的问题 忽略室温与摄氏0度的差别，得到加入两为7.6at％，正确值 为7.0at%。 ——正误问题，经济因素
超导体分类— 第I类超导体 — 始终保持自身内部磁通量为零、直到磁场达到 超导性破坏的临界磁场强度为止的超导体。其中，磁通线仅渗 透到超导体表面大约微米量级的厚度层中，而且强度随着渗透 厚度呈指数规律衰减 第II类超导体 — 允许磁通进入自身内 部(呈现特定分布)并能将磁通线钉扎 住的超导体
当超导体所处的磁场达到临界值Hc时，超导性遭破坏
⎧ ⎛ Q − eEa 2 ⎞ ⎟ ⎪v + = a ⋅ υ exp⎜ − ⎜ ⎟ k BT ⎪ ⎝ ⎠ ⎨ ⎛ Q + eEa 2 ⎞ ⎪v = a ⋅ υ exp⎜ − ⎟ ⎟ ⎜ ⎪ − k BT ⎠ ⎝ ⎩
净速度为
第四章材料电学性能材料科学基础
A：极板面积；l： 极板间距离
ε。真空电容率(或真空介电常数)，8．85xl0-12 F／m
ε 介质的电容率（或介电常数）
把电介质引入真空电容器，引起极板上 电荷量增加，电容增大，这是由于在电 场作用下，电介质中的电荷发生了再分 布，靠近极板的介质表面上将产生表面 束缚电荷，结果使介质出现宏观的偶极 ，这一现象称为电介质的极化。 极化原因：
R = L/S = L/σS ⑵根据电导率对材料的分类
材料
表4-19材料的分类及其电导率
电阻率/Ω.m
电导率/S. m-1
超导体 导体 半导体 绝缘体
0 10-8-10-5 10-5-107 107-1020
∞ 105-108 10-7-105 10-20-10-7
金属和合金
各种材料在室温的电导率
qi ni i
i
qi ni i
i
qi是第i种载流子的荷电量，负电子、正空穴、 正负离子都可以是诱导电流的载流子。
该式反映电导率σ的微观本质，即宏观电导率σ 与微观载流子的浓度n，每一种载流子的电荷量q 以及每种载流子的迁移率μ的关系。
4-3-2 材料的结构与导电性
1、 材料的电子结构与导电性
根据电流 I = IV + IS (其中，IV为体积电流；IS为表面电流)得出 总电阻与体积电阻和表面电阻之间的关系：
１／Ｒ＝１／ＲＶ＋１／ＲＳ
2、 电导率(electrical conductivity)
(1)电导是指真实电荷在电场作用下在介质中的迁移， 它是衡量材料电导能力的表观物理量。
单位：S. m-1, 即：（Ω.m）-1
➢ 过渡金属 铁、镍、钴 铁（3S23P63d74S2）：具有
未满的d层，过渡金属的d层能夺取较高的s带中的电子而使能量降低， 即d层和s层往往会产生能级交叉现象，故有导电性。
物联网工程专业术语(中英文对照)
物联网工程专业术语（中英文对照）第一部分单词或词组英译中（10空，共10分）汉语中译英（10空，共10分）第一单元单词actuator 执行器Cyber-Physical System (CPS)信息物理融合系统Cyberspace 网络空间device processing power 设备处理能力fibre-based network 基于光纤的网络Global Positioning System (GPS) 全球定位系统Internet of Things (IoT) 物联网Machine to Machine (M2M) 机器对机器nano-technology 纳米技术quick response (QR)-code reader QR 码阅读器radio frequency identification (RFID)无线射频识别技术RFID scanner RFID扫描仪Sensor 传感器shrinking thing 微小的物体storage capacity 存储空间tag 标签middleware中间件中间设备paradigm 范例、概念ubiquitous 普遍存在的gateway device 网关设备logistics 物流in the scenario of … 在…背景下from the point view of … 从…角度convergence 收敛、集合pervasive 普遍存在的domotics 家庭自动化e-health 电子医疗in the context 在…方面with reference to 关于，根据第二单元单词3rd-Generation (3G)第三代移动通信技术bluetooth蓝牙cloud computing云计算database数据库embedded software嵌入式软件enterprise local area network企业局域网EPC Global一个组织（产品电子代码）Fibre to the x (FTTx)光纤入户=Identity authentication身份认证implant microchip植入芯片infrared sensor红外传感器infrared technology红外技术intelligent processing智能处理IPv6一种互联网协议Japanese Ubiquitous ID日本泛在标识Location Based Service (LBS)基于位置的服务logistics management物流管理serviced-oriented面向服务的Telecommunications Management Network (TMN)电信管理网络application layer应用层business layer商业服务层perception layer感知层processing layer处理层transport layer传输层ubiquitous computing普适计算Wireless Fidelity (WiFi)一种无线局域网络技术ZigBee一种低功耗个域网协议deployment调度、部署intervention介入unprecedented空前的refinement精炼、提炼concrete具体的attribute特征、属性conform to符合、遵照e-commerce电子商务assign分配、指定、赋值diverse多种多样的connotation内涵enterprise企业、事业、进取心appropriateness适当、合适immense巨大的、无穷的magnitude大小、量级representative典型的、代表module模块literacy读写能力、文化素养ultra mobile broadband (UMB)超移动宽带mass大规模的，集中的第三单元chip芯片integrated综合的、集成的precision精度、精确、精确度reliability可靠性sensitive敏感的、易受伤害的semiconductor半导体silicon硅、硅元素thermocouple热电偶hall门厅、走廊、会堂、食堂programmable可编程的biological sensor生物传感器chemical sensor化学传感器electric current电流electrode potential电极电位integrated circuit集成电路sensor/transducer technology传感器技术sensing element敏感元件transforming circuit转换电路overload capacity过载能力physical sensor物理传感器intelligent sensor智能传感器displacement sensor位移传感器angular displacement sensor角位移传感器pressure sensor压力传感器torque sensor扭矩传感器temperature sensor温度传感器quantity量、数量voltage电压pulse脉冲acquisition获取eliminate消灭、消除volume体积breakthrough突破superconductivity超导电性magnetic磁的inferior in在…方面低劣craft工艺、手艺、太空船quantum量子interference干涉antibody抗体antigen抗原immunity免疫inspect检查、视察organism有机体、生物体hepatitis肝炎high polymer高分子聚合物thin film薄膜ceramic陶瓷adsorption吸附hydrone水分子dielectric medium电解质humidity湿度plasma等离子体polystyrene聚苯乙烯intermediary媒介物polarization极化、偏振corrosion腐蚀tele-measure遥测oxidation氧化lithography光刻diffusion扩散deposition沉淀planar process平面工艺anisotropic各项异性evaporation蒸镀sputter film溅射薄膜resonant pressure sensor谐振压力传感器sophisticated富有经验的etch蚀刻diaphragm膜片beam横梁、照射Wheatstone Bridge惠斯通电桥piezo-resistance压阻gauge计量器ion离子petroleum石油lag落后第五单元barcode条码encode编码graphic图形one-dimensional barcode一维码two-dimensional barcode二维码capacity容量disposal处理、安排algorithm算法barcode reader条码阅读器facsimile传真、复写transcript成绩单authenticate认证、鉴定photocopy复印件asymmetric非对称的cryptographic加密的tamper篡改merchandise商品track跟踪personalized个人化的reflectivity反射率recognition识别agency代理commodity商品portable便携式的execute执行impair损害pantry食品柜distinguish区分individual个人的，个别的encrypt把…加密issuing authority发行机关biometric生物识别iris minutiae虹膜特征trigger switch触发开关establish建立dynamic动态的grasp抓住exchange交换retrieve重新获取capture拍摄duplicate复制forge伪造signature签名第六单元synchronous同步的asynchronous异步的barrier障碍物proliferation扩散router路由器restriction限制seismic地震的scenario方案；情节scalability可扩展的spatially空间地topology拓扑latency延迟facilitate促进release发布thermal热的intrusion入侵coordinator协调器node节点surveillance监督base station基站access point接入点，访问点ad hoc无线自组织网络data-link layer数据链路层network topology网络拓扑peer-to-peer点对点power consumption能耗resource constraints资源受限solar panels太阳能电池版plant equipment工厂设备energy efficient高效能end device终端设备Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE美国电气与电子工程师学会Micro-Electro-Mechanical Systems, MEMS微机电系统Personal Area Network, PAN个域网Wireless Sensor Network, WSN 无线传感网络缩写词展开完整形式（10空，共10分）；IoT（Internet of Things）物联网RFID（Radio Frequency Identification）无线射频识别QR-code（Quick Response Code）快速响应码GPS（Global Positioning System）全球定位系统CPS（Cyber Physical System）信息物理融合系统M2M（Machine to Machine）机器对机器HTTP（Hypertext Transfer Protocol）超文本传输协议SOAP（Simple Object Access Protocol）简单对象访问协议EPC（Electronic Product Code）电子产品码WLAN（Wireless Local Area Network）无线局域网LBS（Local Based Service）基于位置的服务GSM（Global System for Mobile Communications）全球移动通信系统DNS（Domain Name Server）域名服务器HTML（Hypertext Makeup Protocol）超文本标记语言CPU（Central Processing Unit）中央处理器单元EPROM（Erasable Programmable Read Only Memory）可擦除可编程只读存储器UHF（Ultra High Frequency）超高频第二部分完型填空（4大题，每题5空，共20分）第三部分阅读理解（2大题，每题5空，共20分）第四部分：句子翻译（5题，每题6分，共30分）（2、5、7、11可能不考，不是作业本上的）1、The main strength of the IoT idea is the high impact it will have on several aspects of everyday-life and behavior of potential users. From the point of view of a private user, the most obvious effects of the IoT introduction will be visible in both working and domestic fields. In this context, domotics, assisted living, e-health, enhanced learning are only a few examples of possibleapplication scenarios in which the new paradigm will play a leading role in the near future.物联网理念的主要强大之处在于，它对潜在用户的日常生活和行为的方方面面产生很大影响。
超导物理
《超导物理》课程教学大纲课程英文名称：Superconductivity physics课程编号：0332262002课程计划学时：32学分：2课程简介：本课程为专业任选课。
通过该课程的学习，学生可以掌握超导电性的基础知识、基本原理、概念及物理模型，使学生对超导有系统、深入地了解。
能提高本科生分析和解决实际物理问题的能力，为磁性材料物理本科生后续专业发展奠定理论基础。
本课程还适当介绍当前超导的科技发展，超导新材料的进展概况、超导的实际应用等。
一、课程教学内容及教学基本要求第一章超导电基本现象本章重点：超导体磁性的描述。
本章难点：超导体磁性的描述。
本章学时: 4学时教学形式:讲授教具: 黑板，粉笔第一节零电阻现象本节要求：了解金属的电阻随温度的降低而减小的现象。
（考核概率100%）。
第二节临界磁场本节要求：理解外加磁场达到一定程度时，超导态被破坏的现象。
（考核概率50%）。
第三节临界电流本节要求：了解通过超导体的电流达到一定程度时，超导态被破坏的现象。
第四节迈斯纳效应本节要求：理解除去零电阻外，超导体还有独特的磁特性的迈斯纳效应（考核概率50%）。
第五节对超导体磁性的两种模写本节要求：理解磁介质中磁场分布理论的两种观点，即分子电流观点与磁荷观点。
理解两种描述的基本公式。
（考核概率50%）。
第六节无电阻回路的特性本节要求：理解回路无电阻时磁通量保持常熟的特性。
第七节超导元素、合金及化合物本节要求：了解元素、合金及化合物在不同条件下的超导现象。
第二章超导相变热力学及二流体模型本章重点：1) 本章是本课程的重点内容之一，用热力学理论讨论超导态和正常态之间的相变问题。
2）掌握二流体模型对超导态的分析本章难点：超导态的自由能，二流体模型本章学时:5学时教学形式:讲授教具: 黑板，粉笔第一节磁化物体的吉布斯自由能本节要求：掌握：磁场中物体的吉布斯自由能，会做简单计算（考核概率100%）。
第二节在磁场中超导态的自由能本节要求：了解在磁场中超导态的自由能的计算（考核概率50%）。
超导电子学(electronicsofsuperconductivity)百科小物理
超导电子学（electronicsofsuperconductivity）百科小物理广泛的阅读有助于学生形成良好的道德品质和健全的人格，向往真、善、美，摈弃假、恶、丑;有助于沟通个人与外部世界的联系，使学生认识丰富多彩的世界，获取信息和知识，拓展视野。
快一起来阅读超导电子学(electronicsofsuperconductivity)百科小物理吧~超导电子学（electronicsofsuperconductivity）超导电子学(electronicsofsuperconductivity)1962年约瑟夫(Josephson)从理论上提出了凝聚的库珀电子对在零电压下也有隧道效应，并为实验所证实。
之后，他对两超导层中间夹绝缘层，即S-I-S隧道结的计算又给出隧道电流j为：j=j0(V)sin [a0(V) a1(V)cos]V式中右边第一项即使在零电压(V=0)时也存在，通常称之谓约瑟夫森电流，它与隧道结二边的超导电子对波函数的相位差关系密切，这种特征显示着与通常的准粒子隧道效应不同，与此相联系的超电流隧道效应相关的现象一起称约瑟夫森隧道效应，也可包括直流约瑟夫森效应和交流约瑟夫效应等从广义上的理解。
上式右边第二项为准粒子隧道电流，第三项是与相关的准粒子隧道电流，它们只有在电压V0时才伴随显现。
伴随着约瑟夫森隧道效应开展的一系列理论、实验和应用的研究，特别是一系列超导量子器件(约瑟夫森器件)的诞生并进入电子学领域，形成了一个新的低温电子学重要领域，即超导电子学。
例如超导结可用于制作高频振荡放大、检波和混频等器件。
贾埃弗(I.Giaever)用超导结的单电子隧道效应可测量超导能隙和态密度以及它们与温度的关系等。
约瑟夫森超导隧道结制成的超导量子干涉器(SQUID)可用于灵敏度高达10-11GHz-1的磁强计和可测量至`10^{-15}VHz^{-1/2}`的电压计等，并可作为引力波探测和对生物磁性的研究等，如对人体代替作心电图的心磁图测检。
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∂B = −∇ × E ∂t
设磁导率 μ = 1 ，积分可得 B = B0
由此得出结论：在完全理想的导体中不可能有随时间变化的磁场，即 原有的磁通量不会消失也不会增加，
加场
降温
去场
T ≤ Tc
降温
加场
去场
T ≤ Tc
理想导体中体内的磁通分布与加场的历史有关
如何理解理想导体体内的磁场保持不变？
• 在稳恒情况下，体内的 E = 0。所以当外场改变时，根据 Lenz 定 律，在材料表面便感应出一个感生电流，感应电流具有这样的方 向，就是感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变 化，即抵消外磁场的变化。 • 这个感生电流密度 j 不受到电场的作用，同时材料又是无阻的，所 以这个电流既不消失也不变化，永远能保持着材料内的磁场不变。 • 由于有持续电流的存在，在理想导体中，材料内部的磁场不随时间 变化。
超导发展简史
• 1957 年，J. Bardeen、L. V. Cooper、J. R. Schrieffer 发表了超导的微 观理论－BCS理论； • 1957 年，A. Abrikosov 发表了第二类超导体的理论，为超导体的强 电应用提供了理论基础； • 1962 年，B. D. Josephson 发现超导隧道效应，称为 Josephson 效 应，为超导体的弱电应用打开了大门； • 1986 年，Bednorz 和 Müller 发现高温超导体－LaBaCuO。 • 2008 年，Hosono 研究组发现第二类高温超导体－LaFeAsO1-xFx
二、理想导体的磁性
在超导体的抗磁性发现以前，人们一直认为在电阻为零时体系进 入了理想导体状态。在理想的导体中，在稳恒情况下，由于电阻率 ρ = 0，则电导率 σ = ∞，根据 Ohm 定理，电流密度为：
j = σE
因此，要使得 j 为有限值，只有 E = 0。 由 Faraday 感应定律知道，随时间变化的磁场在其周围产生电场：
中科院等离子所（合肥）托克马克装置（核聚变）上的磁体、杜瓦
参考资料： 张裕恒 编著《超导物理》 中国科技大学出版社 1997
§1 超导体的基本性质
一、零电阻现象
金属的电阻在低温下是如何变化的？
卡莫林·昂纳斯 (Kamerlingh Onnes ) (1853—1926)
荷兰著名的物理学家、超导现象的发现者、 低温物理学的奠基人； 1853年9月21日生于荷兰的格罗宁根； 1879年，在格罗宁根大学获得博士学位； 1882年，被任命为莱顿大学物理学教授和 物理实验室负责人； 1892－1894年建成了大型的液化氧、氮和空气 的工厂，并于1906年大量生产液氢； 1908年7月10日成功地液化了氦； 1911年，发现汞的超导电性； 1913年，由于对物质在低温状态下性质的研究以及液化氦气获得了诺贝尔物 理学奖。
I (t ) = I (0) exp( − Rt / L)
若 R=0，则：
持续电流的产生
LI + AB = Const.
即，总磁通量不变。
−A
dI dB = IR + L dt dt
• 1914年，Onnes 用 LR 回路电流衰减法确定出： Hg 的电阻率 ρ ≦10-18 Ωm (T < 4.2K) • 1962年，D. J. Quinn 用圆筒形 Pb 膜（减小电感）确定出： Pb 的 ρ ≦10-25 Ωm (T < 7.2K) 对比：正常金属能达到的低温电阻率 ρ = 10-11～10-10 Ωm -- 因此，可以确定超导体的电阻确实为 0。
低温的获得
280 pK
2mK
4.2 K
77 K
300K
超导技术中使用的致冷方式
• 液氮 LN2 • 液氦 LHe • 致冷机 77K 4.2K 5元/升 140元/升 价格昂贵
不同温区
氦液化器
超导应用领域：
• 在电工领域即强电中的应用。主要指电力系统中的应用，具有代表
性的有超导磁体、超导电力电缆等。
2. Meissner 效应
常用的是磁感应法：在一个长圆柱样品上绕一个线圈，并与冲击电流
计串联。当样品在正常态时加上磁 场 Ha //轴，加磁场时冲击电流计给 出一个冲击偏转 α，α 的大小正比 于进入样品的磁通量。然后冷却样 品，当温度下降经过 Tc 时，由于样 品变到超导态，样品内磁通全部排 出，冲击电流计又给出一个反向偏 转 α，此后样品处在超导态，无论 撤消或重新加上磁场，冲击电流计 均无偏转。
Upper: permanent magnet
Lower: superconductor
Schematic drawing of a HTSC-PM levitation system
五、描述超导磁性的两种方法
前面描述超导体磁性是曾认为磁导率 μ = 1，这和完全抗磁性的 μ = 0 相矛盾，这是因为存在两种描述方法： (1) μ = 1 这个描述方法中 B = μ0H 而电流 j 类似于交变场中感应的电流，且不随时间变化。磁矩 M 只是 由电流分布诱导出的量，并不具有 (B−μ0H) 的意义。 注意：B 和 H 之间没有不同，在超导体内二者都消失，因此从外部引 入的电流与加磁场感应的电流之间没有不同。 (2) μ = 0 这个描述方法中，H 被定义为 因为 B = 0，故 B = μ0(H+M) = μ0(1+χ)H
HTS-SQUID 心磁图仪
微波器件
高温超导薄膜的微波表面 电阻 Rs 远小于铜的 Rs 10GHz < 0.01 1GHz < 0.001 HTS 薄膜可以制备高性能 的各种微波器件， 具有极低损耗和极低噪声 的优良特性 。
高 温 超 导 滤 波 器 系 统
2004.3 起，清华大学研制的高温超导滤波器在唐山基站 投入商业运行。这是中国高温超导首次实际应用 。
超导电性（Superconductivity）
超导发展简史
• 1911年，荷兰物理学家 Kamerlingh Onnes 发现了 Hg 的超导电性； （R=0） • 1933年，W. Meissner 和 R. Ochsebfekd 发现了超导体的完全排磁通现 象，称为 Meissner 效应；（B=0） • 1930s－1950s之间发展了超导的唯象理论，包括： （1）二流体模型−热力学性质 （2）London 理论−电磁性质 （Pippard 理论； Ginzburg-Landau 理论）
超导合金与化合物
--低熔点合金： Pb-In (3.4−7.3K)；Pb-Bi (8.7K)；Pb-Tl (5.8K)； Pb-Sn (4−7K) ；In-Sn (3−7K)；各种低熔点焊料； --高熔点合金： Mo-50Re (12.6K)；Nb-15Hf (9.8K)；Nb-35Ti (10K)； Nb-25Zr (11K) --化合物： NbC (9K)； TaC (10K)； MoC (14K)； NbN (17K) ； V3Si (17K)； V3Ga (16.8K)； Nb3Sn (18K)； Nb3Al(18.8K)； Nb3Ge(23.2K)； PdH (15K)； PdCuH (16.6K)； PbMo6S8 (14.7K)； LiTi2O4 (13.7K)
临界磁场 Hc
Onnes 发现超导体后，就立刻想做一个没有耗损的磁体，但他发 现（1914年）用一磁场加到超导体之后，当磁场达到某一值时，超导 体就恢复了电阻，回到正常态。使电阻恢复的磁场值就称之为临界磁 场。
H c = H c (0)[1 − (T / Tc ) 2 ]
Hc 和温度的关系示意图
习 题
三、超导体的 Meissner 效应
1933年，Meissner 发现，在超导转变过程中，表现出抗磁行为， 也就是说，超导体把磁力线排斥出体外。这一效应称之为 Meissner 效 应（完全抗磁性），是超导转变的又一个特征。使人们对超导态的本 质有了一个全新的认识，即超导体与理想导体有着本质上的差别。 材料进入超导态后，不允许磁场存在于它的体内，这样，超导体 在磁场中的行为，将与加磁场的次序无关，或者说与历史无关，不同 于理想导体 。
高温超导输电电缆 超导电动机
630kVA三相高温超导变压器 中科院电工所研制
超导电磁储能
－利用超导线圈将电磁能储存起来， 需要时再将电磁能返回电网。 优点： 1. 长期无损耗地储存能 量，其转换效率95%； 2. 响应速度（毫秒 级）； 3. 可建成大功率和大能 量系统； 4. 除真空和制冷系统外 没有转动部分，使用寿 命长； 5. 建造不受地点限制， 维护简单、污染小。
超导应用领域：
• 在超导悬浮方面的应用，如超导磁浮列车、无接触输运、超导储能
系统、无磨擦悬浮轴承等。
Upper: permanent magnet Lower: superconductor
超导应用领域：
• 超导受控热核反应装置。
有效直径 有效高度 真空度 最大电流 制冷量
3.1 m 4.7 m 1 × 10-5 τ 30 kA 500W/4.5 k
限流器（FCL）
10.5 kV/1.5kA高温超导限流器的 超导线圈
中科院电工所研制
超导应用领域：
• 在电子领域即弱电中的应用。主要指信息技术领域中的应用，具有
代表性的有A/D变换、超导计算机、以及弱磁探测等方面的应用。
7T磁学测量系统MPMS （超导量子干涉仪）
SQUID 器件的核心部分是包含一个 或两个弱连接的超导环。
χ = −1
式中 M 被认为是真实的磁矩。 与外加磁场有关的电流永远不出现，电流只能是外部引入的。
六、临界温度 Tc 和临界磁场 Hc
材料的电阻突然消失、从而进入超导态的温度叫临界温度 Tc，这 是一个物质常数。
一些元素超导体
--常压下元素超导体共 28 个----Hg (4.2K); Pb (7.2K)； Sn (3.7K)； In (3.4K)； Al (1.2K) ； Tl (2.4K) ； V (5.3K)； Nb (9.2K)； Ta (4.5K)； La (6.0K, β) --高压下的超导体—13 个 Ge (5.4K, 12GPa)； Si (7.1K, 12GPa)； Bi (7.1K, 3GPa)； Bi (8.3K, 8GPa)；