高温超导材料及应用

高温超导材料及应用

《物理学在高新技术材料中的应用》

主要内容

.超导体的基本知识

.超导研究的历史

.高温超导体的发现和特性

.铁基高温超导体新进展

.超导材料的应用

一、超导体的基本知识

1、超导体的零电阻特性

.电阻为零R=0 （Superconductor）

TC：超导临界温度，T

1911年荷兰科学家Onnes观测到Hg的电阻在

4.2K突然下降为零,首次发现了超导现象。

超导环中的永久电流实验：r.10-23W.cm

卡末林·昂内斯

H. Kamerlingh-Onnes (1853--1926)

1913年，诺贝尔物理学奖，因对物质低温性质的研究和液氦的制备而获奖。

R=0in superconductor超导体

高温超导体YBCO的电阻-温度曲线

2. Meissner效应

Meissner效应(完全抗磁性, 理想抗磁性) 完全抗磁性是指磁场中的金属处于超导状态时，体内的磁感应强度为零的现象。这一现象是荷兰科学家迈斯纳发现的，因此又称为迈斯纳效应。他在实验中发现，放在磁场中的球形的锡在过渡到超导态的时候，锡球周围的磁场都突然发生了变化，磁力线似乎一下子被排斥到导体之外。进一步研究发现，原来超导体表面能够产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。

磁感应强度B=0(超导体内)

Meissner 和Ochsenfeld 1933年发现

----和理想导体不同

----存在一临界磁场

H> HC 超导态到.正常态

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完全抗磁性

球体

置于外磁场中的超导体会表现出完全抗磁性，即超导体内部磁感应强度恒为零的现象—称为“迈斯纳效应”

Meissner 效应

由于Meissner效应，磁铁和超导体之间存在很强的排斥作用，----磁悬浮

右图：小磁体悬浮在超导体上。

3. 表征超导体的重要物理量

.超导临界温度：Tc ~ 165 K (5万大气压), record, Hg-1223

.临界磁场：Hc

.穿透深度：. λ磁场在超导体表面穿透进入超导体的深度，~ 10 –100 nm

.相干长度：. ζ，电子配对（Cooper对）的尺寸，~1-50nm

临界电流：Jc，最大能通过的电流

.超导能隙：Δ.，超导态（基态）与激发态的能量差，或者

说，破坏一个Cooper对需要2Δ.的能量

.Ginzburg-Landau参量：κ=λ/ζ

4. Josephson(约瑟夫森)效应

Φ0=2x10-7Gauss/cm2

随磁通量变化类似光学衍射

约瑟夫森效应

（Josephson Effect）

1962年，Josephson 预言超导电子对隧道效应，并

被实验证实，在Josephson效应基础上形成“超导电子

学”。

1962年，英国剑桥大学超导物理学家皮帕德（A.B.Pippard）的研究生，年仅22岁

bd_josep

.1973 Nobel Prize for Physics（with Leo Esaki and IvarGiaever）

Completed the great work as a

postgraduate!研究生

关于约瑟夫森

1969年约瑟夫森是剑桥大学的初级研究员，1965 －1966年到美国伊利诺伊大学访问，任究助理教授。1972年成为高级讲师，1974年成为物理教授。目前他仍然在剑桥大学卡文迪什实验室（物理系）的凝聚态研究组工作，负责“心物统一项目”的研究工作，即从事

一些不被主流科学界认可的“特异功能”研究，特别是对“遥视”的研究。

60年代末，他离开了主流科学领域，从事实智能、意识、超心理学的研究。他个人兴趣广泛，爱好登山、滑冰、摄影和天文学。

在漫长的超心理学研究中，他可没有象在超导研究中那么幸运，至今他仍然被科学界视为端。1994年8月12日约瑟夫森在《泰晤士报高教增刊》（Times Higher Education Supplement）上著文为科学上的异端作了辩护，特别提到大剂量服用维生素C、反引力和意念致动问题。他的观点很明确，总是为“弱者”辩护，并极力抱怨他们受到了科学界不公正的待遇。

超导量子干涉仪(SQUID)

Φ0=2x10-7Gauss/cm2

5、超导理论：

Bardeen、Cooper、Schrierfer理论（BCS理论）

1986年发现的铜氧化物超导体的超导电性不能用BCS理论解释

6、超导体的分类

I 类超导体：

Pb, Sn, Hg等单质金属

B.Bc超导态.正常态

Bc一般很小, 中间态概念

I.Ic超导态.正常态

Ic一般很小(通常无用)

第一类超导体

.在超导态是理想的抗磁体(Meissner态)。

HC：临界磁场

当H>HC, 转变为正常态

超导态

完全抗磁性

正常态

一些元素的超导临界温度

Pb 7.2 K La 4.9 K Ta 4.47 K Hg 4.15 K Sn 3.72 K In 3.40 K Tl 1.70 K Rh 1.697 K Pr 1.4 K Th 1.38 K Al 1.175 K Ga 1.10 K Ga 1.083 K Mo 0.915 K Zn 0.85 K Os 0.66 K Zr 0.61 K Am 0.6 K Cd 0.517 K Ru 0.49 K