超导和铁基超导体

Tc~28.2K 5.5% 超导体积因子 Type II Superconductor
K3.17dibenzopentacene
超导的应用：
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强电应用
• 超导输电线，利用零电阻，节省能源
核磁共振磁体
和CT相比，能够更清楚分辨软组织，因此能更有效帮助诊断 超导磁体的应用能极大提高分辨率，因此提高效率和帮助诊断
1979年Steglich发现CeCu2Si2是超导的。1991年又发 现两个新的重费米子超导体UNi2Al3和UPd2Al3。虽 然其超导临界温度都很低，但对超导电性研究有 十分重大的意义。
2020/7/27
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Material
CeCu2Si2 CeCoIn5 CeIn3 UPt3 URu2Si2 UPd2Al3 UNi2Al3
• 1935年：F.London和H.London 提出London方程
穿透深度：
成功解释了Meissner效应， 导致超导电动力学的发展
• 1950年，Pippard理论，提出超导相干长度概念 超导波函数的相关范围--相干长度 ξ0=αhvF/(kBTc) , 1/ξp(l) = 1/ξ0 + 1/l
• 1950s, G-L理论 Ginzburg和Laudau在Laudau二级相变理论的基 础上提出G-L超导唯象理论
• 1957年, Abrikosov求解了G-L方程，预言第二类 超导体
第一类超导体和第二类超导体：
根据G-L理论， GL参数
当
1
2
界面能为0
第一类超导体：
1 2
第二类超导体： 1
实验室超导磁体
将要在怀柔建世界场强最高的32T的 混合超导磁体
Josephson效应和SQUID：
两块超导体间的薄绝缘层时 发生的量子力学隧道效应
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超导滤波器和手机基站、雷达
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小结
• 超导于1911年被荷兰科学家Onnes发现 • 超导体两个基本性质：零电阻和Meissner效应 • 描述超导电性的三个参数Tc， Hc， Jc • 第一类超导体和第二类超导体 • BCS理论：Cooper对，电声子相互作用 • 非常规超导电性：铜氧化物高温超导体，重费
TC (K) 0.7 2.3 0.2 0.48 1.3 2.0 1.1
有机超导体
第一个有机超导体 (TMTSF)2PF6发现于1979年 有机超导体具有丰富的相图
- (ET)2Cu[N(CN)2]Cl Tc~13K
2010年, Mitsuhashi 等人报道 了K掺杂 (C22H14)12的超导温度 18K,
磁通量的最小单位为磁通量量子：其中h为普朗克常数，而 e为基本电荷。Φ0 = h/2e（约为2.067×10－15Wb）
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超导元素
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超导材料的探索：
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超导微观理论： BCS理论
同位素效应 超导比热的精密测量 超导体光谱实验
电声子相互作用：当电子1通 过晶格时，电子与离子点阵的 库仑作用使晶格点阵畸变，当 电子2通过这个畸变的晶格时， 将受到畸变场的作用，畸变场 吸引这个电子2，如果我们忽略 第1个电子对晶格点阵造成畸变 的过程，而只看其最后的结果， 将是第1个电子吸引第2个电子。
完全抗磁性
超导体是一种全新的物 质态，需要全新的理论 描述和解释
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描述超导电性的三个特征参数
超导态 0 B 0
超导电性：临界温度 Tc
临界磁场 Hc T Hc 0[1 (T / Tc )2 ]
临界电流密度 jc (T )
• 1934年：Gorter 和Casimir提出二流体模型 导电电子：正常电子nn和超流电子ns
超导和铁基超导体
➢ 超导基本知识
• 超导体的发现 • 超导体的基本性质 • 超导材料发展 • 超导BCS理论和非常规超导电性 • 超导体的应用
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超导体的发现：
Onnes 1911
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迈斯纳（Meissner）效应 （1933）
超导体处于超导态时， 体内的磁感应强度恒等 于零，磁通线被完全排 出超导体外
2
，正界面能 ，负界面能
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第一类超导体和第二类超导体：
第一类超导体 （单质元素超导）
-M
第二类超导体 （化合物超导）： -M
H Hc
Hc1
Hc2 H
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第二类超导体：磁通量子化
当施加在第二型超导体的磁场小于临界磁 场Hc1时，由于迈斯纳效应，超导体内没有 磁通，超导体会有超抗磁性，此情形下的 磁学性质和第一类超导体相同。但若外加 磁场大于另一个临界值Hc2时，会有离散的 磁通量，而大部份材料仍然维持超导的特 性。
铜氧化物高温超导体的电子态相图
韩汝珊等编：铜氧化物高温超导电性实验与理论研究 第一章：铜氧化物高温超导体的电子态相图（雒建林）
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重费米子超导体
1975年，发现CeAl3的低温电子比热系数γ值为 1620ml/(mol·k2),比普通金属γ值1000倍，这说明 CeAl3中电子的有效质量是自由电子质量的1000倍，ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ所以称它为重费米子化合物。
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利用BCS理论处理由粒子对K和-K构成的BCS 波函数可以给出我们在实验中所观测到的 电子超导电性和能隙值。这种成对形式就 是所谓的“S波成对”
·BCS公式
kbTc=1.14hwDexp(-1/N(0)V)
2D0=3.53kbTc
BCS理论的局限性
1.用平均相互作用势V代替和位置和动量相关的相互 作用势---平均场近似
2.弱耦合近似—在讨论电声子相互作用时所使用的 电子态的概念只在弱相互作用情况下近似成立。
3.强关联电子体系，非电声子机制 费米液体理论框架
非常规超导电性：
铜氧化物高温超导体
铁基超导体
重费米子超导体
有机超导体
非电声子机制
非s波
非费米液体行为
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铜氧化物高温超导体：
La-Ba-Cu-O Tc～40K La2-xSrxCuO4 YBa2Cu3O7-d Tc～90K Bi-Sr-Ca-Cu-O Hg-Ca-Ba-Cu-O Tc～163K （加压）
米子超导体，有机超导体等 • 超导应用：强电和弱电