试题-超导

1.简述超导体的基本性质.

①完美的导电性σ=∞（零电阻效应：某些金属、合金和化合物，在温度降到某一特定温度Tc 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。）；②完全抗磁性B=0（超导体只要进入超导态，体内的磁感应强度B总是为零，这种性质称为“完全抗磁性”）;

③磁场能够抑制超导性；④磁通量子是量子化的（单元：h/2e）；⑤晶格的动力学性质是非常重要的（Tc M-2）⑥超导能隙2Δ（Δ是指两个电子形成库珀对需要的能量）；⑦Tc与超导能隙是相关的；⑧在HTS中超导磁性是不同于LTS的.

1.1零电阻效应

某物质在临界温度时，电阻消失的现象，就是零电阻效应。但是临界温度与物质种类有关，不同的超导体临界温度是不同的。同一物质有无外磁场的影响也是不同的，当物质在外磁场作用时，某临界温度要比没有磁场作用时要低。因此，随磁场的增强，临界温度将降低。只有外磁场小于某一量值时，物质才保持超导体的零电阻效应，这一磁场值称为临界磁场值。

1.2迈斯纳效应

1933年迈斯纳(Meissenr)在实验中发现了下述事实：把在临界温度以上的锡和铅样品放人磁场中，这时样品内有磁场存在。当维持磁场不变而降低样品的温度转变为超导体后，结果其内部也就没有磁场了。这说明，在转变过程中，在超导体表面产生了电流，这电流在其内部产生的磁场完全抵消了原来的磁场，也就是说磁力线不能穿过超导体物质内部，也就是所谓的迈斯纳效应。这一效应表明，超导体具有绝对的抗磁性。

1.3约瑟夫逊效应

1962年，约瑟夫逊(B.D.Josephson)发现，在两块超导体中间夹一薄的绝缘层就形成了一个约瑟夫逊结。按经典理论，两种超导材料之间的绝缘层是禁止电子通过的，这是因为绝缘层内的电势比超导体中的电势低得多，对电子的运动形成了一个高的“势垒”，绝缘体的电子能量不足以使它自己爬过这势垒，所以，宏观上没有电流通过。但是量子力学原理指出，即使对于相当高的势垒，能量小的电子也能穿过，好像势垒下边有隧道似的，这种电子通过超导体的约瑟夫逊结中势垒隧道而形成的超导电流的现象，叫做约瑟夫逊效应，也叫做超导隧道效应

1.4同位素效应

实验发现超导体的临界温度Tc依赖于同位素质量的现象。Tc∝1/(M)0.5

1.5存在临界磁场和临界电流:

临界温度Tc——超导体由正常态转变为超导态的温度。

临界磁场BC——对于超导体，只有当外加磁场小于某一量值时，才能保持超导电性，否则超导态即被破坏，而转变为正常态。这一磁场值称为临界磁场BC（临界磁感应强度），有时用HC（临界磁场强度）表示。临界磁场与温度的关系为HC＝Ho[1-(T/Tc)2]式中Ho 为T=0K时的临界磁场。同样，超导体也存在一临界电流IC

2.为什么在T

T

3.为什么在T>Tc时，可认为超导材料的Mn=0，而T

T＞Tc时，超导体处于正常态，而超导体处于正常态时，其吉布斯自由能与磁场无关，所以Mn=0；

4.写出一维条件下超导体中的磁场分布函数，并画出一维条件下超导体中的磁场分布函数，说明超导材料的磁场穿透深度λ的意义。

磁场穿透深度λ:

5.为什么第二类超导体在混合态时磁场能以磁通线的形式进入超导体内？

6.简述超导转变的微观机制

在超导态金属中电子以格波为媒介相互吸引(电声相互作用)而形成电子对—库伯对，无数电子对相互重迭又常常互换搭配对象形成一个整体，电子对作为一个整体的流动产生了超导电流。由于拆开电子对需要一定能量，因此超导体中基态和激发态之间存在能量差，即能隙。这一重要的理论预言了超导电子能谱中能隙的存在，成功地解释了超导现象，被科学家界称作BCS理论，这一理论的提出标志着超导微观理论的正式建立。

7.什么是超导约瑟夫森结？什么是直流约瑟夫森效应？什么是交流约瑟夫森效应？

四个方程？？？

超导约瑟夫森结:两块超导体通过一绝缘薄层（厚度约为10埃左右）连接起来的组合称

S-I-S超导隧道结或约瑟夫森结;

直流约瑟夫森效应:对S(超导体)-I(绝缘体)-S(超导体)隧道结供给一定的电流,即有超导隧道电流通过,并且两端的电压为0(即绝缘体上没有压降),同时此隧道电流有一个最高的数值——约瑟夫森结结临界电流;

交流约瑟夫森效应:对于S(超导体)-I(绝缘体)-S(超导体)隧道结，当电流超过S-I-S超导隧道结的临界电流时,在S-I-S超导隧道结的两端(即绝缘体上)就出现直流电压V,并同时出现交变的超导隧道电流,这就是交流Josephson效应。

8.简述超导研究历史中五次诺贝尔奖的获奖人和获奖原因。

1973年通过实验发现半导体中的“隧道效应”和超导物质（日本江崎玲於奈美国贾埃弗）；发现超导电流通过隧道阻挡层的约瑟夫森效应（英国约瑟夫森）；提出与相变有关的临界现象理论（美国威尔逊）

1978年从事低温学方面的研究（前苏联卡尔察）；发现宇宙微波背景辐射（美国彭齐亚斯和威尔逊）；发现氧化物高温超导体（德国贝德诺尔斯瑞士米勒）

1987年在发现陶瓷材料中的超导电性所作的重大突破（德国柏诺兹瑞士缪勒）

2003年在超导体和超流体理论上作出的开创性贡献（俄罗斯和美国双重国籍阿列克谢·阿布里科索夫俄罗斯维塔利·金茨堡英国和美国双重国籍安东尼·莱格特

●昂内斯(1853～1926)荷兰低温物理学家

1908年成功地液化了氦气，1911年发现了某些金属在液氦温度下电阻突然消失，即“超导

电性”现象，于1913年获奖

●巴丁(1908～1991)美国物理学家；库珀(1930～)美国物理学家；

施里弗(1931～)美国物理学家

1957年巴丁、库珀和施里弗合作创建了超导微观理论，于1972年获奖。这一理论能对超导电性作出正确的解释，并极大地促进了超导电性和超导磁体的研究与应用。

●约瑟夫森(1940～)英国物理学家1962年预言存在超导电子对隧道电流，第二年这一预言被实验证实，并被命名为约瑟夫森效应，1973年获奖

●贾埃弗(1929～)挪威裔美国物理学家-1957年完成了量子隧道效应实验，并于

1963年完成了超导体隧道效应实验。于1973年获奖

●K.A.缪勒(1927～)瑞士物理学家

1983年缪勒和柏德诺兹合作进行超导研究，三年后发现了钡镧铜氧体系高温超导化合物。于1987年获奖。这一研究成果导致了多种液氮温区高温超导体材料的出现，并宣告了超导技术开发应用时代即将到来。

●拉比(1898～1988)美国物理学家30年代发明了核磁共振法，于1944年获奖。根据他的理论，50年代诞生了核磁共振仪。

9.你从超导研究的发展历史中的得到哪些启示？

10.简述一根磁通线的物理结构

波函数：

穿透深度：

相干长度：（建立库珀对的长度---有效区域）

11.超导发展史上重大发现有哪些？

●1911年,荷兰科学家昂内斯(Ones)用液氦冷却汞,当温度下降到４.２K时,水银的电阻完全消失,这种现象称为超导电性,此温度称为临界温度.根据临界温度的不同,超导材料可以被分为：高温超导材料和低温超导材料.但这里所说的「高温」,其实仍然是远低于冰点摄氏0℃的,对一般人来说算是极低的温度.1933年,迈斯纳和奥克森菲尔德两位科学家发现,如果把超导体放在磁场中冷却,则在材料电阻消失的同时,磁感应线将从超导体中排出,不能通过超导体,这种现象称为抗磁性.经过科学家们的努力,超导材料的磁电障碍已被跨越,下一个难关是突破温度障碍,即寻求高温超导材料.

●1973年,发现超导合金――铌锗合金,其临界超导温度为23.2K,这一记录保持了近13年.

●1986年,设在瑞士苏黎世的美国IBM公司的研究中心报道了一种氧化物（镧钡铜氧化物）具有35K的高温超导性.此后,科学家们几乎每隔几天,就有新的研究成果出现.

●1986年,美国贝尔实验室研究的超导材料,其临界超导温度达到40K,液氢的“温度壁垒”（40K）被跨越.

●1987年,美国华裔科学家朱经武以及中国科学家赵忠贤相继在钇－钡－铜－氧系材料上把