超导简介
浅谈超导体
浅谈超导体徐建强河南省卢氏县第一高级中学来源人教网由于导体的电阻，在远距离输电等方面造成较大的电能浪费；如能生产一种超导体材料，没有电阻，电流流经它时将不受任何阻力，没有热损耗，于是就能以小的功率得到大的电流，从而产生几个甚至几十个特斯拉的超强磁场，将具有很高的应用价值。
今天，这一切以成为现实。
一、超导体的基本特性1. 零电阻效应超导现象的发现是与低温技术的发展分不开的。
1906年荷兰著名低温物理学家昂纳斯(H．K．Onnes，1853—1926)首次制备出液态氮，获得4开的低温(相当于-269℃)，随后又获得了1.04开的低温。
这是继1898年制备出液态氢获得14开低温之后的巨大进展。
随着低温技术的进展，科学家已注意到纯金属的电阻随温度的降低而减小的现象。
昂纳斯首先研究低温下水银电阻的变化。
l911年发现了水银的超导现象。
在4.2开附近水银电阻突然变小。
图1是水银的电阻随温度的变化情况，纵坐标是该温度下水银电阻与0℃时电阻的比值：R(T)／R(0℃)。
较精确的测量给出水银的超导转变温度（临界温度）Tc＝4.153 开。
继续降温到3开时，电阻降到仅为0℃时电阻值的10-7Ω，电阻值实际已可看作零了。
图1水银的零电阻效应1912—1913年间昂纳斯又发现锡(Sn)在3.8开低温时，也有零电阻现象。
随后科学家们又发现了其他许多金属或合金在低温下都有零电阻效应。
昂纳斯首先将这种特殊的电学性质称为超导。
昂纳斯由于液氦的制备和超导现象的研究获 l913 年诺贝尔物理学奖。
2 ．完全抗磁性1933年，德国物理学家迈斯纳(W．Meissner) 通过实验发现：当置于磁场中的导体通过冷却过渡到超导态时，原来进入此导体中的磁感线会一下子被完全排斥到超导体之外 (见图2)，超导体内磁感应强度变为零，这表明超导体是完全抗磁体。
这个现象称为迈斯纳效应。
3 ．存在临界磁场实验表明，超导态可以被外磁场所破坏，在低于Tc的任一温度T下，当外加磁场的磁感应强度B小于某一临界值Bc时。
超 导 简 介
该面分布的传导电流的屏蔽作用导致完全抗磁性
1、2：均无热损耗----零电阻效应 等效
迈斯纳（Meissner)效应:
完全抗磁性是独立于零电阻特性的基本属性 零电阻特性是迈斯纳（Meissner)效应的必要
条件 磁悬浮实验演示：
难以给出定量结果 抗磁性：需测量样品的磁化率随温度的关系。
宏观量子效应
超导简介
• 使样品超导环放入磁场中，突然拆去磁场， 环内出现感生电流 电阻热耗使电流衰减
I(t） I(0)expt(/),
L/R:是电流衰减,正 时常 间金 常属 .数很小
可通过核磁共 量振 超方 导法 电测 流形 变成 化 ,推的 出磁 衰场 减 .
N0b.75Z0r.25超导环衰减1时 0万间 年 . 大于
3 磁通量子化 Josephson效应
• 超导体类磁通守恒 量值量子化
0=h/(2e) Wb
Josephson效应
隧道效应
绝缘薄层 d
d:103~104μm
1、两侧无电压，绝缘层有直流通过
超导体
超导体
2、两侧无直流电压，绝缘层有一 定频率的交流电通过 辐射电磁波
2eV
理论及探索
• BCS理论 • 高Tc 超导材料研究及其获得
解释1
超导---磁介质 H B M
0
B r0 H M m H r 1 m
B 0 M = Hm 1
完全抗磁质
完全抗磁性来源于分布于超导表面薄层的磁化电流
该磁化电流的附加磁场与外磁场在超导体内和刚好为零
解释2
超导---完全无磁性
M=0 r 1
超导表面出现某种面分布的传导电流
磁体三代
• 第一代：永久磁铁 铁、贾、镍。。 两极附近磁场几十高斯
超导性简介
超导性简介超导体，又称零电阻体。
利用零电阻现象制作的器件，叫超导器件。
在零电阻材料中，能够传递超过绝缘体所允许的电流，这种现象叫超导性。
超导现象起源于超导体内的电子和正离子的无规则运动，电子的热运动不受磁场影响，而正离子的运动只能在外磁场作用下进行，由于电子运动和正离子运动互相抵消，使得在没有电流通过时超导体仍然保持超导特性。
因此，当外加磁场去掉后，超导体又恢复到正常导电状态。
超导现象在温度很低的液氦或金属钠等物质中才可能出现。
超导体有完全抗磁性，其电阻为零，即导电性和完全抗磁性，且温度越高，其导电性能和抗磁性能越强。
在工业、农业、科学技术和日常生活中，人们对超导材料的利用始于第二次世界大战期间。
在那些年里，由于超导体的电阻变为零，超导元件具有了新的优势，如降低制冷费用，使超导元件成为实用的高效制冷设备。
然而，最早发现超导电性的材料却是陶瓷。
1939年，美国物理学家斯特罗迈耶发现，当温度升高时，普通陶瓷的电阻突然变为零。
1941年，荷兰科学家昂尼斯实现了超导，人们开始认识到，金属氧化物在较低温度下也会呈现超导电性。
1946年，在此基础上制成了人类历史上第一个超导体。
50年代末，磁性氧化物开始用于超导磁体。
1954年，人造超导体氦化物的单晶在美国实现了超导。
70年代以来，铌酸锂、钛酸钡等超导材料的制造工艺不断改进，其临界温度不断提高，现已达到室温以上，可用作超导计算机的线路板和晶体管。
超导现象的发现是20世纪最伟大的科学成就之一，它使人类的研究触角深入到物质的微观领域，开辟了材料研究的新纪元。
在未来科学的发展中，有许多重要的新型材料将有待人们去探索。
不仅如此，超导体还具有高效节能的特点。
随着社会的发展和人民生活水平的提高，交流电的能量损耗问题已经引起人们的关注。
这一方面固然是由于它价格便宜，另一方面更重要的原因在于交流电存在能量损失大的缺陷，这是因为，在传输过程中，电压升高，功率增大，但电流减小。
2.超导材料
磁悬浮现象就是超 导体具有完全抗磁性的 证明。人们做过这样一 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。
产生这一现象的原因，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。
3.2迈斯纳效应(完全抗磁性)
迈斯纳 (Meissner) 于 1933 年通过实验证明， 当金属在外磁场中冷却而从非超导态转变 为超导态时，体内原有的磁力线立即被推 出体外，磁感应强度恒等丁零，这种现象称 为迈斯纳效应。迈斯纳效应又叫完全抗磁 性。而且若对超导体施以强外磁场 (小于等 于Hc) ，体内亦将没有磁力线透过。也就是 说，超导体不仅是一个理想的导电体，而 且也是一个理想的抗磁体。现常用迈斯纳 效应这个重要性质来判别物质是否具有超 导性。
为了防止合金在高温下被氧化和排除气 体，以获得良好的加工性能和较纯净的合金， 需要在真空或惰性保护气氛中熔炼。先在电 子轰击炉中熔炼成初锭，作为真空电弧熔炼 的自耗电极。再经真空自耗熔炼成 Nb-Ti 合 金锭。有时为了得到均匀的 Nb-Ti 合金锭， 需经多次重熔。但是，从超导性来看，杂质 的存在有利于Jc的提高（作为强磁场超导合 金材料要求其Jc高）。一定含量的杂质，常 常是改善超导性能所必要的。所以未必重熔 次数愈多、纯度愈高愈好。
大家都知道，若将金属线圈放在磁场中，则线圈内将产生感应 电流，对于正常金属线圈来说，当磁场去掉后，线圈内电流很 快衰减为零，而对于超导线圈，情况却完全不同，图 1 是著名 的持续电流实验。将一超导线圈放在磁场中并冷却到临界温度 以下，突然撤去磁场，则在超导线圈中产生感生电流。
超导 磁化率
超导磁化率
【原创版】
目录
1.超导简介
2.磁化率的定义和计算
3.超导材料与磁化率的关系
4.超导在实际应用中的重要性
正文
一、超导简介
超导，指的是某些材料在低温下电阻为零的物理现象。
这种特性使得超导材料在通电时不会产生热量，因此具有很高的能量利用效率。
自 20 世纪初发现以来，超导技术在科学研究和实际应用中一直备受关注。
二、磁化率的定义和计算
磁化率是一个描述材料在外加磁场作用下磁化程度的物理量，通常用字母χ表示。
它的计算公式为：χ = (M - 0) / H，其中 M 表示材料的磁化强度，H 表示外加磁场的强度。
磁化率是一个无量纲的参数，可以用来衡量材料的磁性能。
三、超导材料与磁化率的关系
超导材料在低温下具有磁化率极低的特点，这是由于超导材料中的电子在低温下形成电子对，这些电子对之间的相互作用使得材料的磁性大大降低。
然而，在超导材料被磁化后，其磁化率会急剧增加，这种现象称为超导临界磁化率。
研究超导材料的磁化率有助于深入了解超导现象及其内在机制。
四、超导在实际应用中的重要性
超导技术在许多领域具有广泛的应用前景，如能源、交通、信息等。
其中，超导磁体由于具有极高的磁场强度和极低的磁化率，被广泛应用于磁力悬浮列车、磁约束聚变等大型工程项目。
此外，超导材料还用于制作高性能传感器、高能粒子加速器等高精尖设备。
超导材料简介
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。
第24页
合金超导体
• 组成元素都具有超导性
合金
Tc (K)
Nb3Sn
第17页
H
Hc
正常态 超导态
0
Tc
T
第二类超导体
H Hc2
B 0, r = 0
N
Mixed T Tc
第18页
Hc1
B = 0,
S r
= 0 Meissner
第二类超导体的相图
混合态
Flux penetrates above the lower critical field Hc1 Superconductivity survives up to the upper critical field Hc2 Type II T<Tc 0<H<Hc1 T<Tc Hc1<H<Hc2
第30页
（5）汞超导家族
汞超导家族的化学通式为HgBa2Can-1CunO2n+2+x，n=1,2,3…。因 这个家族的晶格中一般地有多余的氧原子存在，所以在氧的下标上 有"+x"。这个家族的主要成员有HgBa2CuO4，HgBa2CaCu2O6+x和 HgBa2Ca2Cu3O8+x，即1201相、1212相和1223相，这三个相的转 变温度分别为85K，120K和133K。其中1223相中的133K是迄今为 止所发现的在常压下最高的超导临界转变温度。
超导技术及其应用
超导技术及其应用超导技术是一种利用超导材料的独特电学特性来制造电子设备的技术，在多个领域得到广泛应用。
本文将探讨超导技术的原理、发展历程以及在能源、医学、计算机等领域的应用。
一、超导技术简介超导材料是一种在低于临界温度下（临界温度是一个物质进入超导状态的临界点。
）电阻变为零的材料。
这意味着，超导状态下的电能可以在不产生能量损耗的情况下在材料内部传输。
超导材料的这些独特电学特性使得它们在电路、磁学、能源和医学等领域中具有广泛的应用前景。
二、超导技术的历史和发展超导技术最初出现于1911年，当时Dutch Physicist Heike Kamerlingh Onnes首次发现，当他把汞降温至4.2K（几乎是绝对零度的温度）时，其电阻率为零，即呈超导状态。
从那时起，超导材料的研究一直在不断进步。
1941年，美国物理学家William Shockley首次提出了超导技术的概念，指出了超导技术在电路和自我感应方面的应用前景。
1957年，超导材料Nb3Sn被发现，在它的超导状态下，临界温度为18K。
3亿磁感应强度在18K-20K的Nb3Sn，比铜线的电阻小多了，这意味着使用这种材料作为电线可以节省大量的电力。
1962年，IBM物理学家Robert Schrieffer、Leon Cooper和John Bardeen首次提出了超导理论，并因此获得了1965年的诺贝尔物理学奖。
到了20世纪80年代，开发出了高温超导材料，其中最具代表性的是La-Ba-Cu-O材料。
这种材料的临界温度高达140K，这使得超导技术可以被更加广泛地应用于实际应用中。
三、超导技术的应用能源领域超导技术在电力输送和电网稳定性方面有着广泛的应用。
由于超导材料在超导状态下可以实现电流不损耗传输，它们被广泛用于输电线路和电缆制造。
超导电缆可以节约大量的能源，减少能源损耗，保证电网的稳定运行。
医学领域MRI成像技术通常使用超导体来产生磁场，该技术可以在体内生成非常强的磁场，使得弱磁性细胞和组织成像变得更加清晰，这是大多数其他技术无法实现的。
超导简介
2. 超导体的临界磁场 Hc 当通到线圈的电流产生的磁场超过一定强度 时，超导体 会突然 就变成 正常导体 ，出现了电 阻。这种大到一定强度就破坏超导态的磁场值， 叫做 临界磁场， 用 Hc 表示。
问题1.是不是一旦超过临界磁 场，超导态就真的消失了？
第一類超導體(Type I)
Type I 超導體: 外加磁場一旦超過超導臨界磁場值，超導狀態便消失，讓所有 外加磁場穿過。
磁悬浮列车 具有低噪音、无污 染、安全舒适和高速高 效的特点。
由铋、锶、钙、铜和氧构成的高温超导材料 已制成超导导线，比常规铜线运载电流大100倍。 1998 年7月，北京有色金属研究总院与兄弟单位 共同研制成我国第一根 1 米长的铋系高温超导直 流输电模型电缆，运载电流达到 1200 安 ，使我 国顺利成为世界上少数几个掌握这一技术的国家。
2000 年 11月 26日北京有色金属研究总院宣
超导体的三个临界参量 1. 超导体的临界温度 Tc
在Байду номын сангаас定值的温度下，电阻突然变到零，或 者 说电阻完全消失 ，这种 状态 称为 超导态 ( superconducting state )， 而具有这种特性的物质就称为 超导体 ( superconductor ) 。
超导体在刚刚进入超导态的温度叫作 超导临 界温度 ( superconducting critical temperature )， 用 Tc 表示。
布，设在该院的超导材料研究中心研究成功 我国 第一根百米长的铋系高温超导带材 ，表明我国超 导材料研究从实验室迈向应用阶段 ，达到国际先 进水平。
此次研制成功的高温超导带材长 116 米，宽
3.6 毫米，厚为 0.28 毫米 ，以螺旋管方式缠绕， 用四引线法全长度测量，77 K 液态温度自场下临 临界电流达 12.7 安培。 高温超导带材达到 100 米以上就可进入生产
超导材料的特征、发展及其应用
超导材料的特性、发展及其应用1.超导材料简介1.1 超导材料的三个基本参量超导材料是指在一定的低温条件下会呈现出电阻等于零以及排斥磁力线的性质的材料，其材料具有三个基本临界参量，分别是：1> 临界温度T c：破坏超导所需的最低温度。
T c是物质常数，同一种材料在相同条件下有确定的值。
T c值因材料而异，已测得超导材料T c值最低的是钨，为0.012K。
当温度在T c 以上时，超导材料具有有限的电阻值，我们称其处于正常态；当温度在T c以下时，超导体进入零电阻状态，即超导态。
2> 临界电流I c和临界电流密度J c：临界电流即破坏超导所需的最小电流，I c一般随温度和外磁场的增加而减少。
单位截面积上所承载的I c称为临界电流密度，用J c来表示。
3> 临界磁场H c：即破坏超导状态所需的最小磁场。
图1-1 位于球内的部分为超导状态超导材料的这些参量限定了应用材料的条件，因而寻找高参量的新型超导材料成了人们研究的重要课题。
以T c为例，从1911年荷兰物理学家昂纳斯发现超导电性(Hg，T c=4.2K)起，直到1986年以前，人们发现的最高的T c才达到23.2K(Nb3Ge，1973)。
1986年瑞士物理学家K.A.米勒和联邦德国物理学家J.G.贝德诺尔茨发现了氧化物陶瓷材料的超导电性，从而将T c提高到35K；之后仅一年时间，新材料的T c已提高到了100K左右。
如今，超导材料的T c最高已超过了150K[1]。
1.2 超导体的分类第Ⅰ类超导体：第I类超导体主要包括一些在常温下具有良好导电性的纯金属，如铝、锌、镓、镉、锡、铟等，该类超导体的溶点较低、质地较软，亦被称作“软超导体”。
其特征是由正常态过渡到超导态时没有中间态，并且具有完全抗磁性。
第I类超导体由于其临界电流密度和临界磁场较低，因而没有很好的实用价值[2]。
第Ⅱ类超导体：除金属元素钒、锝和铌外，第II类超导体主要包括金属化合物及其合金。
超导材料发展历程及现行理论解释与应用.pptx
6
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。
4
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
超导的原理与应用
超导的原理与应用超导材料的基本磁性特点1. 超导材料1.1超导材料的发现及简介1908年，荷兰莱登实验室在昂尼斯（Kamerlingh Onnes）的指导下，经过长期的努力，首次将氨液化，获得了4.2K的低温。
随后在1911年，他在研究水银的低温电阻随温度的变化时发现水银的电阻R在4.2K附近突然降到了零。
如图1-1所示。
昂纳斯把这种电阻突然消失的状态称之为超导态。
此后，他们又发现其他许多金属也具有超导现象，他们把这种能随温度降低而进入超导态的材料叫做超导材料，也叫做超导体。
很多物质都是超导材料。
在元素周期表中，常压下具有超导电性的就有26个，如：Pb、In、Sn、Al、Nb、V、Ta等，有的元素在常压下不能成为超导体，但在高压下就能进入超导态，如：（见附表1-1）。
Ge、Si等材料名称NbTi NbZr Tc（开）9.5 11 3.4-7.3 8.5 14.7 材料名称Nb3Sn Nb3Al Nb3Ge V3Ga Tc(开) 18.1 18.8 23.2 16.8 17 PbIn PbBi PbMo6S8 NbN 表1.1-1超导合金和超导化合物的转变温度除此之外，还有一些金属元素的合金，化合物也能呈现超导电性，称之为合金超导体和化合物超导体。
超导合金以PbIn、NbTi为代表，超导化合物以Nb3Sn、V3Ga为代表。
他们的Tc见表1.1-1。
迄今为止，具有超导性的元素、化合物以有数千种。
特别是近20年来，高温氧化物超导体的发现，有使超导体的类属增加了成千上万个，表1.1-2列出了一些主要的高温氧化物超导体及其Tc。
材料名称Tc (开) La2?xSrxCuO4 YBa2Cu3O7?? Bi2Sr2CaCu2O8 Bi2Sr2Ca2Cu3O10 ?40 Nd2?xCexCuO4 90 Ba1?xKxBiO3 85 Tl2Ba2Ca2Cu3O10 110 HgBa2Ca2Cu3O10 材料名称Tc (开) ?20 ?30 125136 表1.1-2 高温氧化物超导体的超导转变温度2. 超导材料的基本磁性特点2.1临界磁场现以一圆柱形（长度比直径大的多，可近似的看为无限长）超导体为例。
超导电压电流关系
超导电压电流关系（实用版）目录1.超导现象简介2.超导材料的特点3.超导电压电流关系概述4.超导电压电流关系的理论解释5.超导电压电流关系在实际应用中的意义正文一、超导现象简介超导现象是指某些材料在低温下电阻为零的物理现象。
这些材料被称为超导材料，它们可以在低温下承载电流，而不会有任何能量损失。
超导现象自 20 世纪初被发现以来，一直吸引着科学家们的广泛关注，因为它具有重要的理论和实际应用价值。
二、超导材料的特点超导材料与传统导体相比具有显著的特点。
在室温下，传统导体的电阻不为零，因此承载电流时会产生能量损耗。
而超导材料在低温下的电阻为零，可以无损耗地承载电流。
这一特点使得超导材料在很多领域具有广泛的应用前景，如高速列车、磁浮交通、高能物理实验等。
三、超导电压电流关系概述超导电压电流关系是指超导材料中的电压与电流之间的关系。
在超导材料中，当温度降至临界温度以下时，电阻消失，电流可以通过材料无阻力地流动。
此时，超导材料中的电压与电流之间的关系不再遵循欧姆定律，而是服从库珀对（Cooper pair）理论。
四、超导电压电流关系的理论解释库珀对理论是解释超导电压电流关系的重要理论。
该理论认为，在超导材料中，电子通过吸引周围晶格振动能量形成库珀对。
这些库珀对可以无阻力地在材料内部流动，从而形成电流。
由于库珀对具有特定的自旋量子数，它们在材料中的流动方式与传统电流不同，导致超导材料中的电压与电流关系不再遵循欧姆定律。
五、超导电压电流关系在实际应用中的意义超导电压电流关系在实际应用中具有重要意义。
它可以指导研究人员设计和制备具有良好超导性能的材料，从而实现更高效、更环保的能源传输和转换。
此外，对超导电压电流关系的深入研究还可以为解决其他领域的一些关键问题提供理论支持，如高能物理、量子计算等。
总之，超导电压电流关系作为超导现象的一个重要方面，对研究人员了解超导材料的性质以及实际应用具有重要意义。
超导简介
• 带材通过沉淀方法制备得到。超导材料通过激光 加热的方法沉淀在特殊的缓冲基材上。11/29/2014来自31超导和低温
鱼和水，树和土的关系
制冷机冷却的超导磁体
BEPCII: 双环结构高亮度正负电子对撞机
34
大型氦制冷机冷却的大型超导磁体
超导与低温-超导磁体失超
超导技术及其应用
制冷与低温研究所
目录
1
2 3
超导及其应用简介
超导理论概述 非理想第二类超导体及实用超导材料 超导磁体的应用 超导在电子技术中的应用
4
5
超导及其应用简介
1
2 3
超导定义
超导发展里程碑 超导应用简介 超导线的制备 超导与低温
4
5
什么是超导?
对某些金属，当温度降低到一个临界值后，电阻消失。这样，超导体能 够几乎不损失能量的情况下，输送电流。
The Yamanashi MLX01MagLev Train
CABLE SMES
APPLICATIONS: Medical
MRI (Magnetic Resonance Imaging) scans produce detailed images of soft tissues.
The superconducting magnet coils produce a large and uniform magnetic field inside the patient's body.
自２００７年１２月开始，物理所的陈根富博士已投入到镧氧铁砷非掺杂单晶体的制备中。 今年２月，日本科学家在《美国化学会志》上发表文章，指出氟掺杂镧氧铁砷化合物在零下 ２４７．１５摄氏度时即具有超导电性。陈根富和王楠林研究员立即捕捉到了这一消息的价 值，王楠林小组迅速转向制作掺杂样品，他们在一周内实现了超导并测量了基本物理性质。 几乎与此同时，物理所闻海虎研究组通过在镧氧铁砷材料中用二价金属锶替换三价的镧，发 现有临界温度为零下２４８.１５摄氏度以上的超导电性。 ３月２５日和３月２６日，中国科学技术大学陈仙辉组和物理所王楠林组分别独立发现临界 温度超过零下２３３．１５摄氏度的超导体，并证实为非传统超导。 ３月２９日，物理所赵忠贤院士领导的小组通过氟掺杂的镨氧铁砷化合物的超导临界温度可 达零下２２１．１５摄氏度，４月初该小组又发现无氟缺氧钐氧铁砷化合物在压力环境下合 成超导临界温度可进一步提升至零下２１８．１５摄氏度。
超导概念指数
超导概念指数
摘要：
1.超导概念简介
2.超导指数的定义和计算方法
3.超导指数的应用领域
4.超导指数的局限性
5.结论
正文：
一、超导概念简介
超导，指的是某些材料在低温下电阻为零的物理现象。
当某些材料被冷却到临界温度以下时，它们的电阻会突然变为零，电流可以在材料内部自由流动，这种现象被称为超导。
超导材料通常用于制造超级导体，超级电缆，磁力储存等高科技产品。
二、超导指数的定义和计算方法
超导指数是衡量超导材料性能的一个重要参数，通常用临界温度（Tc）和临界电流密度（Jc）来表示。
临界温度是指材料开始表现出超导性质的温度，临界电流密度是指材料在超导状态下可以通过的最大电流密度。
超导指数的计算方法通常是利用临界温度和临界电流密度的比值，该比值越高，说明超导材料的性能越好。
三、超导指数的应用领域
超导指数被广泛应用于超导材料研究和开发中，它可以帮助研究人员了解超导材料的性能和潜力，为超导材料的应用提供重要参考。
此外，超导指数还
被用于评估超导材料的制造工艺和质量，对提高超导材料的性能和可靠性具有重要意义。
四、超导指数的局限性
尽管超导指数是衡量超导材料性能的重要参数，但它也存在一些局限性。
首先，超导指数只能反映超导材料的性能，不能反映超导材料的成本和环境友好性。
其次，超导指数的计算方法可能因材料的不同而有所不同，因此，研究人员需要根据实际情况选择合适的计算方法。
五、结论
超导指数是衡量超导材料性能的一个重要参数，它可以帮助研究人员了解超导材料的性能和潜力，为超导材料的应用提供重要参考。
超导计算体系结构
超导计算性能评估与对比
▪ 超导计算性能评估结果分析
1.结果总览：根据实验数据，对超导计算的性能进行评估，并 与传统计算技术进行对比，总结其优势与不足。 2.结果细节：详细分析各项性能指标的数据，找出影响超导计 算性能的关键因素，为优化提供依据。 3.结果应用：将性能评估结果应用于实际研究中，为超导计算 技术的发展和改进提供指导。
超导计算性能评估与对比
▪ 超导计算性能评估与对比概述
1.超导计算性能评估的重要性：随着超导计算技术的不断发展，对其性能进行评估和对比变得 尤为重要，这不仅有助于衡量技术的进步，还能为未来的研究提供方向。 2.性能评估的主要指标：超导计算性能评估的主要指标包括计算速度、能耗、稳定性和可扩展 性等，这些指标对于评估超导计算系统的优劣具有重要意义。 3.与传统计算的对比：超导计算技术在计算速度和能耗方面具有明显优势，但与传统计算技术 相比，其在稳定性和可扩展性方面仍有待提高。
超导计算体系结构
目录页
Contents Page
1. 超导计算原理简介 2. 超导计算体系结构概述 3. 超导硬件设计与优化 4. 超导量子比特与操作 5. 超导计算软件栈介绍 6. 超导计算应用场景分析 7. 超导计算性能评估与对比 8. 超导计算未来展望与挑战
超导计算体系结构
超导计算原理简介
超导硬件的应用场景
1.超导硬件可以应用于高性能计算、量子计算、大数据分析等 领域。 2.在能源、医疗、交通等领域，超导硬件也有着广泛的应用前 景。 3.随着技术的不断发展，超导硬件的应用场景将会不断扩大。
超导硬件设计与优化
▪ 超导硬件的发展趋势
1.随着超导材料的不断进步，超导硬件的性能将会进一步提高 。 2.未来超导硬件将会向着更高速度、更低功耗、更高密度的方 向发展。 3.超导硬件的应用将会越来越广泛，成为未来计算体系的重要 组成部分。
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
超导技术介绍及其应用领域
超导技术介绍及其应用领域一、超导技术简介某些金属、合金和化合物，在温度降到绝对零度附近某一特定温度时，它们的电阻率突然减小到无法测量的现象叫做超导现象，能够发生超导现象的物质叫做超导体。
超导材料和常规导电材料的性能有很大的不同：零电阻性、完全抗磁性、约瑟夫森效应。
这些特性构成了超导材料在科学技术领域越来越引人注目的各类应用的依据。
超导技术被认为是21世纪最具有战略意义的高新技术。
二、超导材料特性超导材料和常规导电材料的性能有很大的不同。
主要有以下性能：1、零电阻性：超导材料处于超导态时电阻为零，能够无损耗地传输电能。
如果用磁场在超导环中引发感生电流，这一电流可以毫不衰减地维持下去。
这种“持续电流”已多次在实验中观察到。
2、完全抗磁性：超导材料处于超导态时，只要外加磁场不超过一定值，磁力线不能透入，超导材料内的磁场恒为零。
3、约瑟夫森效应：两超导材料之间有一薄绝缘层（厚度约1nm）而形成低电阻连接时，会有电子对穿过绝缘层形成电流，而绝缘层两侧没有电压，即绝缘层也成了超导体。
当电流超过一定值后，绝缘层两侧出现电压U（也可加一电压U），同时，直流电流变成高频交流电，并向外辐射电磁波，其频率为，其中h为普朗克常数，e为电子电荷。
这些特性构成了超导材料在科学技术领域越来越引人注目的各类应用的依据三、超导技术应用领域由于超导材料在超导状态下具有零电阻和完全的抗磁性，因此用途非常广阔，大致可分为三类：电子学应用（弱电应用）、大电流应用（强电应用）和抗磁性应用。
电子学应用包括超导微波器、超导计算机、超导天线等；大电流应用即超导发电、输电和储能；抗磁性主要应用于磁悬浮列车和热核聚变反应堆等。
四、超导技术应用及原理高温超导滤波器高温超导材料的微波电阻比传统金属材料小3个数量级左右，用高温超导制造的滤波器插入损耗极小（插损≤0.1dB），通带带边陡峭（较传统滤波器提高5-10倍）、带外抑制性好，具有十分理想的滤波性能。
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1908年，荷兰物理学家卡末林·昂内斯 ( Hei4.2 K 左右。
之前，人们已经知道，随着温度的降低，金 属的电阻也会越来越小。那么，随着温度降到热 力学温度零度附近时金属的电阻会怎样变化呢？
选择了当时最容易提纯的水银作为实验材料，在 液氦的温度下进行了认真的研究。实验的结果使
Байду номын сангаас1911年，卡末林 ·昂内斯和他的学生一起，
Hc
当通到线圈的电流产生的磁场超过一定强度 时，超导体 会突然 就变成 正常导体 ，出现了电 阻。这种大到一定强度就破坏超导态的磁场值，
叫做 临界磁场，
用
Hc 表示。
实验表明对一定的超导体临界磁场是温度的
函数。
到最大值。高于临 界值是一般导体， 低于此数值时成为 超导体。
T = Tc 时，Hc = 0 T → 0 时， Hc 达
以及磁悬浮列车等。
四 传统超导体的微观机制
1. 二流体模型 荷兰物理学家戈特和卡西米尔两个人在热力 学理论的基础上提出了一个模型。在超导体中存 在有两种电子，它们彼此独立地流动。一种是正 常的电子，另一种是超导电子。这两种电子就象 两种流体一样在超导体中流动。在正常态时，只 有正常电子，所以它的行为就和正常导体一样， 存在电阻。当 降到 c 以下时，进入超导态， 这时超导体就出现了超导电子，它们可以不受任 何阻碍地在超导体中流动， 越多。当
超导简介
1. 超导是怎样发现的？
2. 超导体有哪几个临界参量？
3. 什么是迈斯纳效应？
4. 传统超导体必须同时具有什么特性？
5.
BCS理论是什么？
6. 何为第一类超导体？ 何为第二类超导体？ 7. 什么是高温超导？ 8. 什么是约瑟夫森效应？ 9. 超导有何应用？
一
超导现象的发现
ke Kamerlingh Onnes，1853－1926 ) 首次液化了 氦气 。人们 第一次达到了当时地球上的 最低 温 度，大约
T
Tc ∝ M
同位素质量越大，
1 2
Tc 就越低。这一效应叫做同位 素效应。如水银 M 从 199.5 变化到 203.4 原子质 量单位时， Tc 从 4.185 K 变到 4.146 K 。
同位素：具有相同数目质子和不同数目中子的 元素，在化学性质上是相同的，它们叫做同位素。
几乎就在同时，美国有 两个实验物理学家组 成的小组分别在实验室中发现，超导体的 反比于超导体的同位素质量的平方根。
根据超导体完全抗磁性的性质 ，人们曾设计 了一个有趣的实验 ，如果把一块磁铁放在一个超
导体做成的盘子中 ，由于磁铁的磁力线无法穿透 超导体 ，两者之间将产生一个斥力，磁铁就会悬 浮起来。
这种情况 就象是在超导 盘下方，有一 块相同的镜象 磁铁存在一样。
根据这种 原理，可以利 用超导体做成 无摩擦轴承、 高精度的导航 用超导陀螺仪
他们大吃一惊。当温度降到
4.2 K 左右时，水银
的电阻竟然突然地消 失了！
经过反复检查后， 卡末林· 昂内斯终于证 实了这是真实的情况。
昂内斯因对物质 低温性质的研究和液 氦的制备而获得1913 年度的诺贝尔物理学 奖。
二 超导体的三个临界参量
1.
超导体的临界温度
Tc
在一定值的温度下，电阻突然变到零，或 者 说电阻完全消失 ，这种 状态 称为 超导态 ( superconducting state )， 超导体 ( superconductor ) 。 超导体在刚刚进入超导态的温度叫作 超导临 界温度 ( superconducting critical temperature )， 而具有这种特性的物质就称为
T
T
T 越低，超导电子就
T 无限地接近热力学温度零度时，超导
体中就只有超导电子存在了。这样一个模型，称 为 “ 二流体模型 ” 。 2. 同位素效应
出，产生超导的相互作用是电子 和点阵之间的相 互作用。弗勒利希的理论也提出了一个预言，超
1950年，一位叫弗勒利希的英国物理学家提
导体的 c 将反比于构成该超导体的同位素质量的 平方根。
迈斯纳效应表明，处于超导态的超导体是一 个具有完全抗磁性的 抗磁体 。
实际上磁场强度
B 有一穿透深度
x
B B0 e
:
穿透深度
超导体的迈斯纳效应的意义 在于否定了 超导 体是理想导体的概念。电阻为零 和 完全抗磁性是 超导体最基本的两个性质 ，衡量一种材料是否 具
有超导性 必须看 是否 同时有 零电阻 和 迈斯纳效 应。
用
Ic 的大小随温度 T 的高低而变化， Ic 为零。
三 迈斯纳效应 1933 年，德国 物 理 学 家 迈 斯 纳 ( W.F. Meissner，1882－1974 ) 和奥克森菲尔德 ( R. Ochsenfeld ) 对锡单晶体超导体做磁场分布测量
时，在小磁场中把金属冷却进入超导态时，超导
体内的磁 感应线似 乎一下子 被“排斥” 出去，保 持体内磁 感应强度
导体本身性质有关， 还与温度
Hc 不仅与 超 T 有关，
Hc ( T ) = Hc ( 0 ) [ 1 － ( T ／Tc ) 2 ] Hc ( 0 ) 为 T → 0 时的临界磁场。
3. 超导体的临界电流
Ic
Ic 表示。 在 Tc 下，
实验表明，如果在不加磁场的情况下，当通 过超导体的电流大到一定程度时，也将会破坏超 导态，这个电流值叫做 临界电流，
B= 0 。
实验 表明，不 论在进入超导态之前金属体内有没有磁感应线 ， 当它进入超导态后，只要外磁场
B0 ＜ Bc，超导
B 总是等 于零，即 B = 0 。由此
内 可求得金属 在超导态的 相对磁导率
μr = －1 ( μr ＜ 0 ，
抗磁质，物
质具有抗磁性
) ，超导体具有 完 全 抗 磁 性 ( perfect diamagnetism )。也称为 迈斯纳效应 ( Meissner effect ) 。
用
Tc 表示。
一些元素的超导临界温度
一些超导材料的 临界温度
超导临界温 度提高的情况
超导体的电阻值比它在
小
0℃ 的电阻值至少要
10-23Ω·cm 。而 0℃ 时， -6 良导体铜的电阻率为 1.6×10 Ω·cm ，超导体
电阻率也远小于 的电阻实际上可看作零。 2. 超导体的临界磁场
10-10 倍。
Tc 确实
电子和点阵的相互作用一定是产生超导的原因 所在。