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超导材料介绍
精品课件 1
超导材料简介
超导概述 超导电性的基本特征 超导材料的种类 超导材料的应用
精品课件 2
一、超 导 概 述
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年获诺贝尔奖。
赵忠贤
陈立泉
锶镧铜氧(1987年初，48.精6K品)课、件钡镧铜氧、钇钡铜氧系材料，
铋系超导体
8
二、超导电性的基本特征
Zero Resistance -
Meissner Effect -
Critical Properties
Josephson Effects Tunnelling
No Power Loss Act as Magnet - Tc, Jc, Hc - Electron
精品课件 9
1. 零电阻效应
不同导体的电阻-温度曲线
水银的零电阻效应
在特定的温度下材料的电阻突然消失的现象称为超导（电）现象，发生这
一现象的温度叫超导转变温度Tc，也叫临界温度。材料失去电阻的状态称
为超导态，存在电阻的状态称为正常态。具有超导态的材料称为超导材料。 零电阻效应是超导态的一个基本特征。
精品课件 24
科学家2002年发现以钚为基础的新的超导体族
美国能源部洛斯阿拉莫斯科学实验室、佛罗里达大学和德国铀后元 素研究所，以约翰·尔拉奥博士为首的科学家小组首次发现钚的超 导效应，证实钚、钴和镓的合金在温度为18.5K时会变成超导体。
精品课件 12
超导体与理想导体的磁性质的区别
精品课件
超导态是一个 热力学平衡现 象，抗磁性可 逆；理想导体 的这种磁性质 与加场过程有 关，不可逆。
13
3. 超导体的临界参数
➢临界温度Tc ➢临界磁场Hc ➢临界电流密度Jc
一些金属超导体临界 磁场与温度的关系
维持超导状态的必要条件
精品课件 14
➢库珀电子对通过格波相互作用， 其作用范围为10-6～10-9m；
➢每个库珀电子对的总动量相当， 这是零电阻产生的根源；
➢材料变为超导态后，电子结为 库珀对，能量降低2△，称其为 超导体的能隙。
库珀 电子对
精品课件 21
2=6.4Tc[1(TTc)]12
20
2
正常态
正常态
能 费米能
量
超导态
费米能 超导态
锡在正常态(N)和超导态(S)的比热容
精品课件
17
两类超导体
第一类（I型）超导体
H
它们具有完全的迈斯纳效应（完
全的抗磁性）。如果外部磁场过 强，就会破坏超导体的超导性能。 Hc
正常态
这类超导体只有两个态，即低温 超导态和正常态。主要是金属超
超导态
导体。
0
Tc
T
第二类（II型）超导体
主要是合金和陶瓷超导体。它存在有两个确定的临界磁
精品课件
6
金兹伯格
莱格特
阿布里科
2003年诺贝尔物理学奖授予美国阿尔贡国家实验室的阿力克 谢·阿布里科索夫、俄国莫斯科莱伯多夫物理研究所的维塔 利·金兹伯格和美国伊利诺斯大学教授安东尼·莱格特，以奖励 他们在超导和超流理论方面的先驱性贡献。
精品课件
7
吴茂昆
朱经武
钇钡铜氧化合物,Βιβλιοθήκη 987年2月，92KSuperconductivity survives up to the
upper critical field Hc2
Type II
T<Tc Hc1<H<Hc2
Most alloys, HTS, MgB2.
精品课件 20
超导现象的物理本质
1957年由巴丁（Bardeen）、库珀（Cooper）和施里弗 （Sehriffer）合作创建了超导微观理论(BCS) 。
4. 超导隧道效应
弱连接超导体：S-IS
超导隧道结（约瑟夫森结）示意图
两超导体中间的绝缘（真空， 正常）层也能让超导电流通过 的现象叫超导隧道效应。
精品课件 15
物体是否为超导体的实验判据
电阻（率）-温度曲线，磁精化品率课件-温度曲线，比热容-温度曲线
16
实 例
水银的零电阻效应
MgB2的x-T曲线
精品课件
10
2.迈斯纳效应
超导体排斥力使永久磁环悬浮
处在超导态的物体完全排斥磁场，即磁力线不能进入超导体内部，这一特 征叫完全抗磁性，通常也叫做迈斯纳效应，是超导态的另一个基本特征。
精品课件 11
超导态为什么会出现完全抗磁性呢？
外磁场在试样表面产生感应电流（b）。此电流所经路径电阻 为零，故它所产生的附加磁场总是与外磁场大小相等，方向相 反，因而使超导体内的合成磁场为零。由于此感应电流能将外 磁场从超导体内挤出（c），故称磁抗感应电流，又因其能起 着屏蔽磁场的作用，又称为屏蔽电流。
场，即下临界场Hc1和上临界场Hc2。允许磁场通过。
精品课件
18
第二类超导体
H Hc2
B 0, r = 0
Mixed
S Hc1 B = 0, r = 0 Meissner
第二类超导体的相图 精品课件
N
T Tc
19
混合态
T<Tc 0<H<Hc1
Flux penetrates above the
lower critical field Hc1
T＝0K,
0K<T<Tc
超导体的能隙
精品课件
能隙随温度变化的曲线
22
三、超 导 材 料的种类
精品课件 23
周期表中的元素超导体
大多数过渡元素和稀土元素都具有超导性；碱金属、铜、银、金，以及 一些铁磁和反铁磁元素未发现其超导电性。元素超导体中，铌具有最高 临界转化温度(9.2K)；只有钒、铌和钽属于第二类，其他元素均属第一 类; 大多数超导合金和化合物则属于第二类。
氧 氮 氮 Hg
90.2K 77.3K 4.2/1.7K 4.15K 精品课件
昂内斯(中间白衣者)在他 所创立的低温实验室内
In Sn Pb 3.4K 3.7K 7.2K
3
1957年巴丁、库珀和施里弗合作创建了超导微观理论 (BCS)，于1972年获诺贝尔奖。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。
精品课件
4
约瑟夫森和贾埃弗的发现，对于研制高性能的半导体和超导体元器件具 有很高的应用价值，并导致超导电子学的建立。
精品课件
5
1986年缪勒和柏德诺兹发现了钡镧铜氧体系高温超导化合物。于1987 年获得若贝尔奖。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。
精品课件 1
超导材料简介
超导概述 超导电性的基本特征 超导材料的种类 超导材料的应用
精品课件 2
一、超 导 概 述
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年获诺贝尔奖。
赵忠贤
陈立泉
锶镧铜氧(1987年初，48.精6K品)课、件钡镧铜氧、钇钡铜氧系材料，
铋系超导体
8
二、超导电性的基本特征
Zero Resistance -
Meissner Effect -
Critical Properties
Josephson Effects Tunnelling
No Power Loss Act as Magnet - Tc, Jc, Hc - Electron
精品课件 9
1. 零电阻效应
不同导体的电阻-温度曲线
水银的零电阻效应
在特定的温度下材料的电阻突然消失的现象称为超导（电）现象，发生这
一现象的温度叫超导转变温度Tc，也叫临界温度。材料失去电阻的状态称
为超导态，存在电阻的状态称为正常态。具有超导态的材料称为超导材料。 零电阻效应是超导态的一个基本特征。
精品课件 24
科学家2002年发现以钚为基础的新的超导体族
美国能源部洛斯阿拉莫斯科学实验室、佛罗里达大学和德国铀后元 素研究所，以约翰·尔拉奥博士为首的科学家小组首次发现钚的超 导效应，证实钚、钴和镓的合金在温度为18.5K时会变成超导体。
精品课件 12
超导体与理想导体的磁性质的区别
精品课件
超导态是一个 热力学平衡现 象，抗磁性可 逆；理想导体 的这种磁性质 与加场过程有 关，不可逆。
13
3. 超导体的临界参数
➢临界温度Tc ➢临界磁场Hc ➢临界电流密度Jc
一些金属超导体临界 磁场与温度的关系
维持超导状态的必要条件
精品课件 14
➢库珀电子对通过格波相互作用， 其作用范围为10-6～10-9m；
➢每个库珀电子对的总动量相当， 这是零电阻产生的根源；
➢材料变为超导态后，电子结为 库珀对，能量降低2△，称其为 超导体的能隙。
库珀 电子对
精品课件 21
2=6.4Tc[1(TTc)]12
20
2
正常态
正常态
能 费米能
量
超导态
费米能 超导态
锡在正常态(N)和超导态(S)的比热容
精品课件
17
两类超导体
第一类（I型）超导体
H
它们具有完全的迈斯纳效应（完
全的抗磁性）。如果外部磁场过 强，就会破坏超导体的超导性能。 Hc
正常态
这类超导体只有两个态，即低温 超导态和正常态。主要是金属超
超导态
导体。
0
Tc
T
第二类（II型）超导体
主要是合金和陶瓷超导体。它存在有两个确定的临界磁
精品课件
6
金兹伯格
莱格特
阿布里科
2003年诺贝尔物理学奖授予美国阿尔贡国家实验室的阿力克 谢·阿布里科索夫、俄国莫斯科莱伯多夫物理研究所的维塔 利·金兹伯格和美国伊利诺斯大学教授安东尼·莱格特，以奖励 他们在超导和超流理论方面的先驱性贡献。
精品课件
7
吴茂昆
朱经武
钇钡铜氧化合物,Βιβλιοθήκη 987年2月，92KSuperconductivity survives up to the
upper critical field Hc2
Type II
T<Tc Hc1<H<Hc2
Most alloys, HTS, MgB2.
精品课件 20
超导现象的物理本质
1957年由巴丁（Bardeen）、库珀（Cooper）和施里弗 （Sehriffer）合作创建了超导微观理论(BCS) 。
4. 超导隧道效应
弱连接超导体：S-IS
超导隧道结（约瑟夫森结）示意图
两超导体中间的绝缘（真空， 正常）层也能让超导电流通过 的现象叫超导隧道效应。
精品课件 15
物体是否为超导体的实验判据
电阻（率）-温度曲线，磁精化品率课件-温度曲线，比热容-温度曲线
16
实 例
水银的零电阻效应
MgB2的x-T曲线
精品课件
10
2.迈斯纳效应
超导体排斥力使永久磁环悬浮
处在超导态的物体完全排斥磁场，即磁力线不能进入超导体内部，这一特 征叫完全抗磁性，通常也叫做迈斯纳效应，是超导态的另一个基本特征。
精品课件 11
超导态为什么会出现完全抗磁性呢？
外磁场在试样表面产生感应电流（b）。此电流所经路径电阻 为零，故它所产生的附加磁场总是与外磁场大小相等，方向相 反，因而使超导体内的合成磁场为零。由于此感应电流能将外 磁场从超导体内挤出（c），故称磁抗感应电流，又因其能起 着屏蔽磁场的作用，又称为屏蔽电流。
场，即下临界场Hc1和上临界场Hc2。允许磁场通过。
精品课件
18
第二类超导体
H Hc2
B 0, r = 0
Mixed
S Hc1 B = 0, r = 0 Meissner
第二类超导体的相图 精品课件
N
T Tc
19
混合态
T<Tc 0<H<Hc1
Flux penetrates above the
lower critical field Hc1
T＝0K,
0K<T<Tc
超导体的能隙
精品课件
能隙随温度变化的曲线
22
三、超 导 材 料的种类
精品课件 23
周期表中的元素超导体
大多数过渡元素和稀土元素都具有超导性；碱金属、铜、银、金，以及 一些铁磁和反铁磁元素未发现其超导电性。元素超导体中，铌具有最高 临界转化温度(9.2K)；只有钒、铌和钽属于第二类，其他元素均属第一 类; 大多数超导合金和化合物则属于第二类。
氧 氮 氮 Hg
90.2K 77.3K 4.2/1.7K 4.15K 精品课件
昂内斯(中间白衣者)在他 所创立的低温实验室内
In Sn Pb 3.4K 3.7K 7.2K
3
1957年巴丁、库珀和施里弗合作创建了超导微观理论 (BCS)，于1972年获诺贝尔奖。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。
精品课件
4
约瑟夫森和贾埃弗的发现，对于研制高性能的半导体和超导体元器件具 有很高的应用价值，并导致超导电子学的建立。
精品课件
5
1986年缪勒和柏德诺兹发现了钡镧铜氧体系高温超导化合物。于1987 年获得若贝尔奖。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。