【VIP专享】新型重费米子超导体简介
有机超导体概述
设想有两个电子 1 和 2 ，在彼此靠得很近处通 过，由于电子 1 带负电，由于屏蔽作用，电子 2 感 受不到电子1的排斥作用，相反，等效地感受到的 是吸引作用，当两个电子间引力作用大于库仑作 用时形成库珀对。
库珀电子对的形成也可表述如下： 自由电子在晶体点阵中运动时， 畸变可以像波 一样传播，称为格波，对应的格波的能量子叫声子。
当温度低于临界温度时，会有更多的库珀对形成，当 温度逐渐升高，这些库珀对会逐渐解体，直到大于临 界温度时，所有的库珀对解体。 关于库珀对的成因，对于低温超导性现在已经公认为 是晶格振动的贡献，对于高温超导电性，现在还有许 多问题有待解释。下面给出低温超导体中库珀对的成 因。
库珀电子对的形成
电子在晶格中运动时，它把近邻的正离子吸向 自己使得电子被正离子包围起来，这称为电子的离 子屏蔽。
C60有机超导体的超导转变记录不断更新：
1991.4. A.F.Hebard, A.R.Kortan K3-C60 Tc=18K; 1991.5. Rb-C60 Tc=28K; Cs-Rb-C60 Tc=33K; 1992.9. I2-C60 Tc=57K 科学家预言：当富勒烯的碳 原子数增加8倍，将会实现 室温超导，由此对未来世界 的各个领域产生不可估量的 影响。
பைடு நூலகம்
1970年，科学家发 现类金属的无机聚 合物聚硫氰(SN)x具 有超导性
富勒烯族有机超导体
C60:“球烯”、“富氏球” 、“巴基球”、“富勒 烯 由60个碳原子组成的全碳分子，原子之间共价键 连接，构成由12个五边形，20个六边形组成的 球面结构。C60分子像是半径约5Å，可想象为刺 猬状，轨道沿所有方向呈辐射状伸出。最低的 能级轨道，易接受6个电子，当掺入金属后， C60从金属得到电子而形成电荷转移复合物盐。
超导体的优点及应用
超导体的优点及应用超导体是一种在低温下能够表现出电阻为零的材料，具有许多优点和广泛的应用。
以下是对超导体的优点及应用的详细介绍：1.电阻为零：超导体在零下临界温度以下，电流通过时，能够表现出电阻为零的特性。
这意味着超导体可以传输电流而不会产生能量损失，节约能源损耗。
2.高电流密度：超导体在零阻态下可以传输高电流密度，大大优于传统金属导体。
这使得超导体在电力传输和能源存储方面具有重要应用。
3.强磁性：超导体在零阻态下能够承受很高的磁场，是最强大的永磁体。
利用超导体制成的超导磁体可以产生极高的磁场，用于医学成像、核磁共振等领域。
4.高频性能优良：超导体的高频性能优于传统材料，使其广泛应用于通信领域和微波器件。
5.高灵敏度：超导器件对外界的微小变化非常敏感，可以用于高灵敏度测量和传感器。
超导体的应用：1.能源传输：利用超导体的零电阻特性，可以大大减少电能转换的损耗。
超导电缆可以传输大量的电流，并且不会产生热量损耗，可用于高能粒子加速器、电力输电等领域。
2.能源存储：超导磁体可以用于能量的储存和释放。
储能装置利用超导体的零电阻特性和高电流密度，将能量存储在超导线圈中，并在需要时释放出来，用于调节电网稳定性和峰谷平衡。
3.磁共振成像：超导磁体可以产生非常强的恒定磁场，用于核磁共振成像（M R I）、磁共振成像（M R S）和核磁共振光谱仪（N M R）。
这些技术在医学诊断和科学研究中被广泛应用。
4.磁悬浮交通：超导体的磁场排斥性质可以应用于磁悬浮交通系统中，实现无摩擦悬浮、高速运输。
磁悬浮技术已经在一些城市的高铁项目中得到了应用。
5.加速器和粒子物理研究：超导磁体通常用于粒子加速器，用来产生强大的磁场，加速粒子以进行研究。
这是现代粒子物理学研究中必不可少的工具。
6.通信和微波器件：超导体的高频性能优良，用于制造微波滤波器、功率放大器等通信器件。
7.科学研究：超导体的独特性质使其成为科学研究中的重要工具。
例如，在凝聚态物理、超导物理、低温物理等领域中，用超导体来研究新的物理现象和性质。
超导体的性质与应用
超导体的性质与应用超导体是一类在低温下具有零电阻和完全磁场排斥效应的材料。
自1908年Kamerlingh Onnes首次发现汞在低温下表现出超导性质以来，超导体一直引起科学家们的极大兴趣。
超导体不仅有着丰富多样的性质，还具有广泛的应用前景。
本文将介绍超导体的性质，并探讨其在不同领域的应用。
一、超导体的性质1. 零电阻性超导体的最显著特点是其在超导态下呈现出零电阻。
当超导体被冷却到临界温度以下，电流可以无阻力地通过超导体。
这种零电阻性使超导体在输电领域具有巨大的应用潜力，可以大大提高电能传输的效率。
2. 完全磁场排斥效应超导体在超导态下还表现出完全磁场排斥效应，即磁场线无法穿过超导体的内部，只能绕过。
这种磁场排斥性使超导体成为制造强大磁场的理想材料。
超导磁体广泛应用于磁共振成像（MRI）、粒子加速器等领域。
3. 迈斯纳效应超导体在外加磁场下，磁感应强度（磁场强度）发生量子化现象，即迈斯纳效应。
迈斯纳效应是超导体量子性质的重要表现，也是超导电子学的基础。
二、超导体的应用1. 超导电能传输超导体的零电阻性质使其成为高效率电力传输的理想材料。
将超导电缆应用于电力输送系统，可以降低能源损耗和环境污染。
此外，超导电缆还具有高带宽特性，可以满足现代信息传输的需求。
2. 超导磁体超导磁体是超导体应用最广泛的领域之一。
超导磁体可以产生强大的磁场，用于磁共振成像、粒子加速器、磁悬浮交通等领域。
与传统铜线磁体相比，超导磁体不仅能够提供更高的磁场强度，还可以显著减少能源消耗。
3. 超导电子器件超导体的零电阻性和迈斯纳效应为超导电子器件的发展提供了契机。
超导量子干涉器件、超导量子比特等在未来量子计算和量子通信领域具有巨大的潜力。
4. 其他领域应用超导体还可以应用于能源存储、磁悬浮列车、地下磁铁等领域。
超导能源存储技术可以高效储存电能，为电网调峰、新能源平稳供应提供支持。
磁悬浮列车利用超导磁体产生的强大磁场实现列车的悬浮和运行。
超导体原理
超导体原理超导体是一种具有零电阻和完全磁通排斥的物质，它的发现和应用引起了科学界和工业界的广泛关注。
超导体的研究和应用在电力、电子、医学等领域有着广泛的应用前景。
本文将介绍超导体的基本原理、发现历史、应用等方面的内容。
一、超导体的基本原理超导体是指在低温下电阻消失的物质。
在超导状态下，电流可以在超导体内部无阻力地流动，因此，超导体具有非常高的电导率。
在超导状态下，磁场也会受到排斥，并且磁通量量子化，即磁通量只能取2.07×10^-15 Wb的整数倍。
这些特性使得超导体在电力传输、磁共振成像、磁悬浮列车等领域有着广泛的应用。
超导体的基本原理可以通过BCS理论来解释。
BCS理论是由约翰·巴丁、利昂·库珀和约翰·施里弗在1957年提出的。
该理论认为，在超导体中存在一种称为库珀对的电子对，它们可以在晶格中形成一种称为布洛赫波的电子波。
这些布洛赫波会相互干涉，导致电子对之间的相互作用发生变化。
在低温下，这种相互作用会导致电子对之间形成一种称为玻色凝聚的状态。
在这种状态下，电子对可以无阻力地流动，从而导致电阻消失。
二、超导体的历史超导体的历史可以追溯到1911年，当时荷兰物理学家海克·卡末林发现，当汞被冷却到4.2K以下时，它的电阻消失。
这是第一次发现超导现象。
在随后的几十年里，科学家们发现了一些其他的超导体，如铅、铝等金属。
然而，这些超导体只能在极低的温度下工作，因此它们的应用受到了很大的限制。
在1957年，BCS理论的提出使得超导体的研究进入了一个新的阶段。
科学家们开始探索更高温度下的超导体。
在1986年，两个独立的研究小组几乎同时地发现了一种新型的高温超导体，它的临界温度高达30K以上。
这个发现引起了科学界的轰动，并且使得高温超导体的研究进入了一个新的时代。
三、超导体的应用超导体的应用非常广泛。
在电力传输方面，超导体可以用于制造超导电缆，它可以将电力传输效率提高到极高的水平。
超导
7
电流进入超导体分布如图,超导体内电流所贡献的磁场： 上表面电流产生的磁场：进去 ⊗ ； 下表面电流产生的磁场：出来 ⊙； 总效果： 超导体内部总磁场处处为零——完全抗磁性； 表面有一薄层有电流和磁场的分布，被磁场穿透的 表面层叫穿透层，厚度——十万分之一 cm 二．伦敦方程 1935 年伦敦兄弟（F.London，H.London） ，基于二 流体模型， 通过修正通常的电动力学方程给出了描绘超导体电磁性质的 物质方程——London 方程。 伦敦第一方程 由于超导体的 R=0、B=0、类磁通守恒：
• ∂js 1 = 0 ⇒ E = 0 （ µ0 js = 2 E ） js = ∂t λ 此时 js =恒量， jn = 0 代入 •
∇ × B = µ0 ( js + jn ) + µ0ε 0
∂E ∂t
(4)
∇ × B = µ0 js
1
或
∇ × (∇ × B) = µ0∇ × js
∇⋅B = 0
5
去仍然存在的正常电子的上述贡献外，当温度降低时，与正常电子“凝 聚”到有序的超导电子相应，还释放一定能量，这使得在转变温度 Tc 附近的比热大于正常态，而且比热突然升高，出现不连续的跃变。 T<Tc 时，全部为超导电子
正常电子不动
超 导 电 子 参 与 导电
超导体内 场强为零
6
也可认为有两种互相独立的电流 jn与 js ，在导体中构成并 联电路，由于超导电子与晶格无散射，无碰撞，运动无阻 尼，所以 js 相当于是短路电流。 解释零电阻现象 超导体内正常电子无贡献，电流由超导电子贡献 ——零电阻现象 解释迈斯纳效应
2
利用 ∇ × (∇ × B) = ∇(∇ ⋅ B) − ∇ B 代入伦敦第二方程 得
超导体以及超导体的应用简单介绍
超导体以及超导体的应用简单介绍超导体是一种在低温下表现出无电阻的材料，具有很高的导电性能。
在超导状态下，电流可以无损耗地在材料中流动，使其具有重要的科学和工程应用。
本文将对超导体的基本概念和一些常见的应用进行简要介绍。
一、超导体的基本概念超导体是指在一定的温度下，通过冷却或外界条件的改变，电阻为零并且磁场也会完全排斥的材料。
超导体常见的特性包括零电阻、零磁滞、等等。
根据材料的类型和性质，超导体被分为多种不同的类型，如I型超导体、II型超导体等。
二、超导体的应用1. 磁共振成像（MRI）超导体在医学成像领域有着广泛的应用。
目前常见的核磁共振成像（NMR）和磁共振成像（MRI）技术都使用了超导体。
超导体材料可以通过冷却至低温状态来维持超导态，使得医疗设备的磁场强度得以提升，从而提高成像的分辨率和准确度。
2. 高速磁悬浮列车超导体的磁性能使其在交通运输领域有着广泛的应用前景。
高速磁悬浮列车利用超导磁体产生巨大的磁场，通过磁悬浮和线圈之间的相互作用，实现列车的悬浮和运行。
超导体的应用使得列车可以高速运行，并且具备较低的摩擦和噪音。
3. 环境保护超导体的应用还可以帮助解决环境保护领域的一些难题。
例如，超导磁体可以用于磁场污染治理，通过控制磁场来降低电磁辐射对环境和人体健康的影响。
此外，超导体还可以用于高能粒子探测器、核聚变装置等领域，为科学研究提供有力的工具。
4. 能源传输和储存超导体在能源领域也有着广泛的应用前景。
超导电缆可以有效降低电能传输过程中的能量损耗，提高能源利用效率。
此外，超导体还可以用于储能设备的研发，例如超导磁体储能和超导磁体储能蓄电池等技术，这些技术可以在储能方面提供更高效、更可靠的解决方案。
5. 其他应用除了以上提到的应用领域外，超导体还有很多其他的应用。
例如，超导器件可以用于极低温实验、量子计算和量子通信等前沿领域。
此外，超导体还在磁共振能谱学、磁测量、精密测量等领域中发挥着重要作用。
NbTi超导体的特性
NbTi超导体的特性NbTi超导体的特性张长安（陕理⼯物理系物理学081班，陕西汉中72600）指导⽼师：任亚杰【摘要】：本⽂从NbTi的微观结构，加⼯⼯艺，电流密度随温度与临界磁场的变化，与NbTi的扩散介绍了NbTi 基本特性。
在介绍加⼯⼯艺时采⽤了Nb/Ti复合法阐述了Nb／Ti的加⼯过程；在研究中，NiTi的内部结构⾮常重要，了解NbTi的微观结构有助于我们从理论上更好的去认识NiBi的特性，本⽂从NbTi亚带组织与a相变细节介绍了NbTi的微观内部结构。
【关键词】：NbTi，NbTi的加⼯⼯艺，超导体的电流密度，微观结构，扩散引⾔尽管⾼温超导材料的发现已近⼆⼗多年!但⽬前由于还存在成材困.难磁场下性能较低及制造成本⾼等缺陷!在未来相当长的⼀段时间内!铌钛合⾦等低温超导材料仍将在强电应⽤领域占据主导地位.nbti超导材料由于具有良好的超导性能,优异的机械性能和低廉的制造成本!是⽬前应⽤范围最⼴的低温超导材料!其主要应⽤于⾼科技仪器如核磁共振成像仪和⼤型⾼科技⼯程项⽬如国际热核聚变反应实验堆,其⽤量占整个超导市场的90%以上.由于顺磁极限降低了NbTi超导体的上临界场，所以很难提⾼NbTi超导线材在⾼磁场中的临界电流密度。
为了提⾼NbTi超导体的临界电流密度!扩展其应⽤范围!⽬前⼈们采⽤了多次时效热处理⼯艺和(⼈⼯钉扎)等技术!并取得了显著的进展(NbTi合⾦具有良好的机械加⼯性能和超导性能，成为使⽤最⼴泛的超导材料。
).随着应⽤范围的扩⼤!进⼀步简化其⽣产⼯序,降低制造成本⼀直⼈们不断追求的⽬标20世纪90年代后期!出现了多种⽤Nb/Ti组配成复合体并经扩散反应形成NbTi超导体的新⼯艺⽽且取得了⼀定的进展!成为当前NbTi超导体研究的⼀个新热点.本⽂从 NbTi 的微观结构，加⼯⼯艺，临界电流密度，Nb/Ti的扩展⼏⽅⾯介绍了NbTi的基本特性。
1. NbTi超导线材的微观结构典型的显微组织为有旺相的位错胞结构，这种结构由沿着拉伸⽅向的丝状亚晶和群集在亚晶周围的⾼密度位错形成的管状胞壁组成。
超导体
1911年，荷兰科学家卡末林-昂内斯用液氮冷却汞，当温度下降到4.2K（-268.95℃）时，水银的电阻完全消失，这种现象称为超导电性，此温度称为临界温度。
根据临界温度的不同，超导材料可以被分为：高温超导材料和低温超导材料。
但这里所说的“高温”仍然是远低于冰点以下的。
1933年，迈斯纳和奥克森菲尔德两位科学家发现，如果把超导体放在磁场中冷却，则在材料电阻消失的同时，磁感应线将从超导体中排出，不能通过超导体，这种现象称为抗磁性。
1973年，发现超导合金—铌锗合金，其临界温度为23.2K（-249.95℃），这一纪录保持了近13年。
1986年，设在瑞士苏黎世的美国IBM公司的研究中心报道了一种氧化物（镧钡铜氧化物）具有35K（-240.15℃）的高温超导性。
这一年，美国贝尔实验室研究的超导材料，其临界温度达到40K（-235.15）液氢的“温度壁垒”（40K）被跨越。
1987年，美国华裔科学家朱经武以及中国科学家赵忠贤相继在钇-钡-铜-氧系材料上把临界温度提高到90K（-185.15℃）以上，液氮的“温度壁垒”（77K）也被突破了。
1987年底，铊-钡-钙-铜-氧系材料又把临界温度的记录提高到125K （-150.15℃）。
从1986-1987年这短短一年多的时间里，临界超导温度提高了近100K。
2008年3月25日和3月26日，中国科技大学陈仙辉组合物理所王楠林组分别独立发现了临界温度超过-233.15℃的超导体，突破了麦克米兰极限（麦克米兰曾经断定，传统超导临界温度最高只能达到39K），被证实为非传统超导。
2012年9月，德国莱比锡大学的研究人员宣布了一项进展：石墨颗粒能在室温下表现出超导性，研究人员将石墨粉浸入水中后滤除干燥，置于磁场中，结果一小部分（大约占0.01%）样本表现出抗磁性，而抗磁性是超导体材料的标志性特征之一。
虽然表现出超导体的石墨颗粒很少但这一发现仍然具有重要意义。
迄今为止，超导体只有在温度低于-110℃下才能够发挥作用。
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H a l l c o e f f i c i e n t & S e e b e c k e f f ect
Hall effect RH of a NpPd5Al2 single crystal ,with I=5 mA along the [100] direction,
Nuclear spin-lattice relaxation rate divided by T, as a function of T For comparison, NMR of the nonmagnetic metal LuCoGa5 is presented
S.-H. Baek et.al. PhysRevLett.105.217002
(a) One small hole sheet centered at the Γ point. (b) A large cylindrical hole sheet centered at the Γ
point, while two equivalent small hole sheets are centered at X points. (c) A large cylindrical electron sheet centered at the M point. (d) Another cylindrical electron sheet centered at the M point.
P4/mmm space group
Theoretical calculation of the effect of CEF Bnm are CEF parameters
Takashi Hotta, Kazuo Ueda PhysRevB.67.104518
Crystal Effective Field
Susceptibility, Specific heat and Upper critical field
Open cycles represent samples of 2 month old
Heat capacity measurements
The normal-state susceptibility follows χ=χ0+C/(T-θ)
Upper critical field estimated to be about 74T
J. L. Sarrao et.al. Nature01212
Quite high Tc as a heavy fermion superconductor
The schematic phase diagram for the alloy system PuMGa5 g represents the generic coupling parameter
Photoemission spectrum
PSE data get trough He II (48.4 eV) lines compare with theoretic fits Generalized gradient approximation (GGA) and Mixed-level model (MLM) calculation are considered (Pu metal )f-electron postion centers are represented by solid bars
Calculation of
the three crystal field states with the β
wห้องสมุดไป่ตู้ich
maximizes
the
overlap
of
the
Γ
± 7
with
the
nearby
ligand
atoms
Rebecca Flint, P. Coleman et.al Nature Physics 4, 643 - 648 (2008)
B=9 T along the [001] direction,
and Hall voltage VH along the [010 ] direction.
Seebeck coefficient S(t), with heat current J along [100]
J.C. Griveau et.al. PhysRevB.77.212502
The highest Tc among heavy fermionions
J. D. Thompson et.al. arXiv:cond-mat/0509078v1 Yunkyu Bang et.al. arXiv:cond-mat/0603042v2
Crystal Effective Field
PES data under different light source
J. J. Joyce et.al. PhysRevLett.91.176401
Nuclear magnetic resonance measurement
59Co NMR spectra at 19 K obtained by sweeping the external field H at a fixed frequency 32.5 MHz
Calculated band structure and Fermi surface
Energy band structure for PuCoGa5 obtained by the RLAPW method.
Calculated four Fermi surface of the bands across EF ：
Takahiro Maehira et.al. PhysRevLett.90.207007
Structure and conductivity of NpPd5Al2
Resistive curve of NpPd5Al2 , Tc=4.9K
NpPd5Al2 I4/mmm
Suppression of Tc by applying field