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同学们好 * §18.3 宏观量子现象 超导和超流 一、超导电性的基本现象 1. 零电阻现象 实验现象 可持续上万年 态 T 临界条件： 临界温度 临界磁场 临界电流 2. 完全抗磁性（迈斯纳效应）超导体内 理想导体 内部不存在电阻 其中磁通量不变 超导体 内部不存在电阻 其中磁通量为零 与零电阻现象彼此独立 注意 实验现象 磁棒 超导态铅 浸入液氦 超导态的基本特征： 完全导电 完全抗磁 超导电本质？ 实验现象比较 导 T Tc T Tc 二. BCS理论 巴丁（J. Bardeen) 库柏（L. Cooper) 施瑞弗（R. Schrieffer) 1972年诺贝尔物理奖 实验基础： 正常态 超导态，电子比热跃变 临界温度与同位素质量有关 超导电性来自电子与晶格（振动）间的相互作用 物理模型： 库柏电子对：（动量等大反向，自旋相反） 外电场中，电子对获得相同动量，高度有序运动。 电子对动量守恒：若一个电子受晶格散射动量改变，另一个发生相反动量改变，散射不影响电子对整体运动——电阻为零。 “传球”一对的作用，集体效应。 “单个前进有电阻，结伴成行才超导。” 电子 声子 电子 （格波） 形成相互吸引束缚态 库柏电子对：（动量等大反向，自旋相反） 三.高温超导简介： 1986年7月 瑞士 米勒 贝德诺茨发表第一篇论文 镧 钡铜氧化物 1988年 高温超导热 四项判断准则： 1. 必须在一个确定的温度实现零电阻转变 2. 在零电阻转变温度附近必须观察到完全抗磁性 3. 现象稳定且能再现 4. 现象能被其它实验室重复和验证 现状 应用： 超导核磁共振断层成象，超导量子干涉器件（测生物磁场） 超导红外探测，超导磁悬浮列车…... 高温超导体： 氧化物 超导体 （钇钡同氧体等70余种） 目前最高 为125K 理论尚未成熟 液氮温区 四、宏观量子效应 （低温下，量子现象在宏观尺度上显示） 磁场完全被排除于超导体之外，磁场穿过超导环内。撤去磁场，超导环中冻结了磁通量 磁场穿过环体和环内 1. 磁通量子化 1) 态 T 穿过超导环的磁通量是量子化的： 2) 第二类超导体 嵌有平行于外场方向的正常态细芯，其周围有涡旋状超导电流，每条涡旋线的磁通量均为 第II类超导体的磁通格子 （H垂直纸面向上） 参考读物： 1. 自然杂志 98年第5期 “电子时代的奠基人和两次诺贝尔奖的获得者——巴丁” 1956年，因发明晶体管，与肖克莱（W.Shockley），布拉顿（W.Brattain） 共获诺贝尔物理奖。 1972年，因低温超导理论，与库柏.施瑞弗共获诺贝尔物理奖。 1991年去世 82岁 巴丁的科学研究风格（P296) 2. 超导体 章立源 科学出版社 1992年 3. 高温超导 解思深 湖南教育出版社 1993年 第五篇 《量子现象和量子规律》 习题课 建立微观概念，尊重微观规律； 习惯于科学假设和抽象思维方法； 如果对一些结论不能理解，先暂时接受； 可通过阅读课外书籍，深入学习、逐渐理解 微观世界的概念和规律。 学习方法建议： 第五篇 要点 第16章 场的量子性 1.了解黑体辐射实验规律及普朗克能量子假设。 2.理解爱因斯坦光子论的基本思想，光与物质相互作用的三种方式，掌握关于光电效应，康普顿效应的计算。 光子： 能量守恒，动量守恒 3.氢原子光谱规律及有关计算 里德伯公式： 玻尔能级及跃迁公式： 夫兰克—赫兹验证能级存在的实验 4. 激光工作原理及特点 激光器的基本结构和各部分功能； 粒子数反转 第17章 量子力学基本原理 1. 物质波假说，德布罗意公式及其实验验证 2. 不确定关系的物理意义及有关计算 3. 波函数的统计解释 ， 归一化条件和标准条件 概率密度： 概率幅： 5. 一维无限深势阱的波函数及相关计算 4.互补原理 微观粒子的“波动性”和“粒子性”是完整描述微观世界规律时不可缺少的、相互补充的概念。 第18章 量子力学应用简介 1. 原子结构的量子理论 四个量子数的物理意义 斯特恩—盖拉赫实验 2. 导体、绝缘体、半导体能带结构特点 4. 液晶分子结构特征及应用（了解） 3. 超导体的基本性质 库柏电子对， 磁通量子化 完全导电性， 完全抗磁性 典型例题 例 1. 康普顿效应是原子外层或弱束缚层中的自由电子与光子散射作用的结果。试证明光子与这些自由电子只能发生散射，而不能被完全吸收，发生光电效应。 分析： ?自由电子不受外场的作用，它与光子组成的系统应遵从能量、动量守恒。可采用反证法，假设自由电子能吸收