北京化工大学电子材料作业

思考与讨论

1，超导体分几类，有几种状态，各是什么状态？

超导体的分类并没有统一的标准，通常的分类方法有以下几种：

通过材料对于磁场的相应可以把它们分为第一类超导体和第二类超导体：对于第一类超导体只存在一个单一的临界磁场，超过临界磁场的时候，超导性消失；对于第二类超导体，他们有两个临界磁场值，在两个临界值之间，材料允许部分磁场穿透材料。

通过解释的理论不同可以把它们分为：传统超导体（如果它们可以用BCS理论或其推论解释）和非传统超导体（如果它们不能用上述理论解释）。

通过材料达到超导的临界温度可以把它们分为高温超导体和低温超导体：高温超导体通常指它们的转变温度达到液氮温度（大于77K）；低温超导体通常指它们需要其他特殊的技术才可以达到它们的转变温度。

通过材料可以将它们分为化学材料超导体比如：铅和水银；合金超导体比如：铌钛合金；氧化物超导体,比如钇钡铜氧化物；有机超导体,比如：碳纳米管。

a)固体：金属固体，非金属固体（石墨、碳黑）

b)液体：电解质水溶液、汞

c)气体：钠、汞蒸汽，氖、氬等稀有气体

2，测量电流为什么必须反向，不反向会发生什么问题？

在直流低电势测量中，由于构成电路的各部件和导线材料存在不均匀性和温差，即使电路没有外电源，仍然会有温差电动势存在，它不随电流的反向而改变，实验中必须将电流反向以检测是否有温差电动势的影响，电流反向时，如果超导样品电压不变，则证明超导体电阻为零；仪器灵敏度越高，则以上判定越准确，测量精度就越高。

3，什么事迈斯纳效应？

迈斯纳（Miesser）效应又叫完全抗磁性, 迈斯纳（W.Meissner）和奥森菲尔德（R.Ochsebfekd）发现，超导体一旦进入超导状态，体内的磁通量将全部被排出体外，磁感应强度恒为零，且不论对导体是先降温后加磁场，还是先加磁场后降温，只要进入超导状态，超导体就把全部磁通量排出体外。B=μ0(H+M)=0,

超导态样品体内的磁场时发现，不论是先降温使样品进入超导态再加磁场，还是先加磁场再降温，当样品处于超导态时，体内的磁感应强度总是等于零，磁感应线完全被排出体外。即B=B0+μ0M=0。由此求得金属在超导电状态的磁化率为χ=μ0M/B0= -1, 是负值。以上B0是外加磁场H在真空中的磁感应强度。所以说, 超导体是一个“完全抗磁体”，超导体的完全抗磁性称为迈斯纳效应。

4，进入超导态的物质有哪两种特性？

超导材料除失去电阻这一特性外,还有另一个重要的特性是完全逆磁性

5，什么事高温超导材料？

具有高临界转变温度（Tc）能在液氮温度条件下工作的超导材料。因主要是氧化物材料，故又称高温氧化物超导材料。高温超导材料不但超导转变温度高，而且成分多是以铜为主要元素的多元金属氧化物，氧含量不确定，具有陶瓷性质。氧化物中的金属元素（如铜）可能存在多种化合价，化合物中的大多数金属元素在一定范围内可以全部或部分被其他金属元素所取代，但仍不失其超导电性。除此之外，高温超导材料具有明显的层状二维结构，超导性能具有很强的各向异性。

6，试比较理想导体与超导体的区别？

理想导体内部电磁场为0，表面是个等电位面。

理由：有磁场就会使导体内部的电荷移动，电荷分布不均必然也会产生磁场，最终

结果就是二者互相抵消，达到平衡，合场强为0，而不是真的没有磁场。因此，根据这个可以用金属罩进行电磁屏蔽，防止外部磁场对内部电子设备的干扰。

超导体就是导电时电阻为0，即没有电阻，没有电能消耗

7，举例说明超导的应用（可自己设计一些应用）？

超导材料的完全抗磁性可用于超导磁悬浮系统，利用列车内超导磁体产生的磁场和电流之间的交换作用，产生向上的浮力，使列车高速而无噪声。

超导电机的单机输出功率比常规电机提高10-100倍，超导磁体的重量也可以大大减小，因此可大量节省电源。

8，用你所掌握的知识分析实验中出现的一些现象（如温差电势及接触电势）？

温差电势，又称汤姆逊电势，是一根导体上因两端温度不同而产生的热电动势。

当同一根导体的两端温度不同时，在导体内部两端的自由电子相互扩散的速率不同，高温端的电子数跑到低温端的电子数比低温端跑到高温端的电子数要多，结果使高温端因失去电子而带正电荷，低温端因得到电子而带负电荷，这样在高、低温端之间形成一个由高温端指向低温端的静电场。该电场阻止电子从高温端向低温端扩散，最后达到动态平衡状态，此时在导体上产生一个相应的电位差，称该电位差为温差电势。此电势只与导体性质和导体两端的温度有关，而与导体的长度、截面大小、沿导体长度上的温度分布无关。

两种不同的金属接触，如果两个触点间有一定温度差时，则产生温差电势。根据温差电势现象，选用温差电势大的金属，可以组成热电偶用来测量温度和高频电流。此外，温度升高，会使金属电阻增大；合金元素和杂质也会使金属电阻增大；机械加工也会使电阻增大；电流频率升高，金属产生趋肤效应，导体的交流电阻也增大。

接触电势：两块不同的金属导体A和B相互接触，由于金属的费米能级不同，相互接触时发生电子交换，达到平衡后，两块金属中产生接触电势差。由于两块金属的费米能级不一样高，由于费米能级代表着电子的化学势，当两块金属接触可以交换电子时，就会发生从化学势高到化学势低的电子流动，从而产生接触电势。两个导体依靠产生接触电势差补偿原来它们之间费米能级的差别，从而使电子达到统计平衡。

9，超导体的零电阻现象是如何测量的？

将输入的电流反向，如果输出的电压不变，就认为是零电阻了。因为在测量的室温和超导体的低温之间连接导线会构成热电偶，产生一定的电压，这个电压是不会因为电流反向而改变的。

10,试分析超导体零电阻现象？

电子同晶格相互作用，在常温下形成导体的电阻，但在超低温下，这种相互作用是产生电子对的原因。温度越低，所产生的这种电子对越多，超导电子对不能相互独立的运动。当某一电子对收到扰动时，就要涉及这个电子对所在空间范围内的其他电子对。

这个空间范围内的所有电子对，在动量上彼此关联成为有序的集体。因此，超导电子对在运动时就不像正常电子那样，被晶体缺陷和晶格震动散射而产生电阻，从而呈现电阻消失现象。