超导材料 PPT

其中Hc0是绝对零度时的临界磁场。
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超导性质和相关理论
C) 临界电流: 在不加磁场的情况下，超导体中通过足够强的电流也会破 坏超导电性, 导致破坏超导电性所需要的电流称作临界电流Ic(T)。在临界 温度Tc，临界电流为0。 临界电流随温度变化的关系有：
其中Ic0是绝对零度时的临界电流
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伦敦电磁学方程
1935年，伦敦兄弟在二流体模型的基础上，提出两个描述超导电流
(2) 正常电子的性质与正常金属自由电子气体相同，受到振动晶格的散射而产生 电阻，对熵有贡献。
超导性质和相关理论
(3) 超流电子处在一种凝聚状态，即某一低能态，所以超导态是比正常态 更加有序的状态。这个假设的依据是：超导态在H＝Hc 的磁场中将转变 为正常态，而超导态的自由能要比正常态低 0Hc2V/2 (V是超导材料的体 积)。超导态的电子不受晶格散射，所以超流电子对熵没有贡献。
02 超导性质和相关理论
零电阻效应
超导性质和相关理论
A) 临界温度: 电阻突然消失的温度被称为超导体的临界温度Tc。超导临界 温度与样品纯度无关，但是越均匀纯净的样品超导转变时的电阻陡降 越尖锐。
B)临界磁场: 超导电性可以被外加磁场所破坏, 对于温度为T (T<Tc)的超导 体, 当外磁场超过某一数值Hc (T)的时候，超导电性就被破坏了，Hc (T)称为临界磁场。在临界温度Tc，临界磁场为零。Hc(T)随温度的变化 一般可以近似地表示为抛物线关系:
二流体模型对超导体零电阻特性的解释是：当T<Tc时，出现超流电子， 它们的运动是无阻的，超导体内部的电流完全来自超流电子的贡献，它们 对正常电子起到短路作用，正常电子不载荷电流，样品内部不存在电场， 也没有电阻效应。
从这个模型出发可以解释许多超导实验现象，如超导转变时电子比热 的“λ”型跃变等。伦敦正是在这个模型的基础上建立了超导体的电磁理论。
超导概述
在常压下具有超导电 性的元素金属有32种（如 图元素周期表中青色方框 所示）,而在高压下或制成 薄膜状时具有超导电性的 元素金属有14种（如图元 素周期表中绿色方框所示）
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超导的发展
➢自超导电性发现以来，经过70多年的努力，常规超导体临界温度只能提高到 23K。 ➢1986 年 初 ， 物 理 学 家 Mueller 和 Bednorz 发 现 了 高 温 铜 氧 化 物 超 导 体 La2xBaxCuO4，超导临界温度达40K。 ➢1987 年 2 月 ， 美 国 华 裔 科 学 家 朱 经 武 和 中 国 科 学 家 赵 忠 贤 相 继 在 钇 （YBa2Cu3O7）系材料上把超导临界温度提高到90K以上，液氮的禁区（77K） 也奇迹般地被突破了。 ➢1987年底，Tl-Ba-Ca-Cu-O系材料又把临界超导温度的记录提高到125K。随后 更有在常压下 Tc 高达 133K，在高压下达 164K的汞系铜氧化物超导被发现。这 些都已远远超过了 BCS 理论下得到的 40K 的麦克米兰极限。而铁基超导的发现， 再次颠覆了人们的认识。此前人们认为，磁性是不利于超导配对的。因此在探索 超导材料时往往避开了有磁性的铁元素，直到 2008 年铁基超导材料被发现。此 后，铁基超导也跻身于高温超导家族。
超导隧道结（约瑟夫森结）示意图
约瑟夫森(Josephson)效应：1962年， 英国物理学家约瑟夫森在研究超导电性的量 子特性时提出了量子隧道效应理论，也就是 约瑟夫森效应。
该理论认为：电子对能够以隧道效应穿 过绝缘层，在势垒两边电压为零的情况下， 将产生直流超导电流。而在势垒两边有一定 电压时，还会产生特定频率的交流超导电流。 在该理论的基础上诞生了一门新的学科—— 超导电子学。
超导性质和相关理论
超导与温度、电流密度和磁场的关系
超导性质和相关理论
迈斯纳效应
1933年，德国物理学家迈斯纳和奥森菲尔德对锡单晶球超导体 做磁场分布测量时发现，在小磁场中，把金属冷却到超导态时，超导体 内的磁通线全部被排斥出去，保持体内磁感应强度B等于零，超导体的 这一性质被称为迈斯纳效应。超导体内磁感应强度B总是等于零，即， 金属在超导电状态的磁化率为：
超导材料
目录 CONTENTS
1 超导发展概述 2 超导性质和相关理论 3 超导材料的种类 4 超导材料的应用
01 超导概述
超导发展概述
1908年，荷兰莱顿大学的Onnes首次实现氦的液化， 获得了4.2K的低温，为研究低温条件下物质导电打开了 方便之门。1911 年，荷兰物理学家卡麦林·昂尼斯首次意 外地发现了超导现象：将水银冷却到接近绝对零度时， 其电阻突然消失。后来他又发现许多金属(例如铝、锡)和 合金都具有与水银相类似的特性：在低温下电阻为零 （超导体的电阻率小于目前所能检测的最小电阻率10-26 Ω·cm，可以认为电阻为零）。，由于它的特殊导电性能， 昂尼斯称之超导态。 至今已发现有28种元素、几千种合金和化合物是超导体。我们通常称这些金 属或金属合金的超导体为常规超导体。
仅从超导体的零电阻现象出发得不到迈斯纳效应，同样用迈斯纳效 应也不能描述零电阻现象，因此，迈斯纳效应和零电阻性质是超导态的 两个独立的基本属性，衡量一种材料是否具有超导电性必须看是否同时 具有零电阻和迈斯纳效应。
超导性质和相关理论
观察迈纳斯效应的磁悬浮试 验
超导性质和相关理论
超导隧道效应Leabharlann Baidu
弱连接超导体：S-I-S
超导性质和相关理论
超导相关理论 * 二流体模型 * 伦敦方程 * 金兹堡-朗道方程 * BCS 理论
超导性质和相关理论
传统超导体的超导电性理论
二流体模型
早期为了解释超导体的热力学性质，1934年戈特和卡西米尔提出超导电性 的二流体模型，它包含以下三个假设：
(1) 金属处于超导态时，自由电子分为两部分：一部分叫正常电子，另一部分叫 超流电子, 正常电子在晶格中有阻地流动，超流电子在晶格中无阻地流动，两部 分电子占据同一体积，在空间上相互渗透，彼此独立地运动，两种电子相对的数 目是温度的函数。