第八讲超导材料选编.pptx

第七章 超导材料;7.1 超导材料的发展简史;;1933年德国物理学家迈斯纳等 发现： 在超导态下，超导体内部的磁场强度H总为零，即具有完全抗磁性，这种现象就称为迈斯纳效应。 这就是所谓的I型超导体，主要是金属超导体。 ;完全抗磁性的原因;苏联科学家阿布里科索夫在1953年发现： 另一种称II型超导体，主要是合金和陶瓷超导体，它允许磁场通过。 今天几乎所有产生强大磁场的超导磁铁都是由第二类超导体制造的。如果没有强大的磁场，就没有磁共振成像技术。 2003年获诺贝尔物理奖;1950年苏联的京茨堡(34岁)和朗道提出：描述超导体特性的理论 ，描述了磁场中的超导材料进入超导态的行为，可以准确地预测诸如超导体所能承载最大电流等等的特性。 1962年，朗道因物质凝聚态和超流超导现象的贡献而获诺贝尔物理学奖。 超流动性在常人看来是非常奇异的现象：如果你把液氦注入一个敞口的容器，那么液氦会“自动地”溢出容器。;;阿布里科索夫(Alexei A.Abrikosov) 京茨堡(VitalyL.Ginzburg) 莱格特(Anthony J.Leggett) 共同获2003年的诺贝尔物理学奖。;1957年美国人巴丁、库柏和施里弗提出了BCS理论 ，微观上解释了超导机制。标志着现代超导电性理论阶段的开始 。 1972年获得了诺贝尔物理学奖（3人） 巴丁还因发明世界上第一支晶体管于1956获诺贝尔物理学奖。;;1962年英国22岁的约瑟夫森根据“BCS”的理论预言 ，提出了“约瑟夫森效应” 约瑟夫森则获得1973(33岁) 年度诺贝尔物理奖 ;在薄绝缘层膜隔开两种超导材料之间有电流通过，即“电子对”能穿过薄绝缘层(隧道效应)；同时还产生一些特殊的电磁现象，如电流通过薄绝缘层膜而无需加电压，倘若加电压，电流反而停止，产生高频振荡。这种超导物理现象称为“约瑟夫森效应”。;1973年同时获诺贝尔奖的有三人： 约瑟夫森因创立“超导电流通过势垒的约瑟夫森”效应； 日本科学家江崎岭于奈因发现半导体中隧道效应，并发明隧道二极管； 美国科学家贾埃沃因发现超导体的隧道结、单电子隧道效应而共同获得诺贝尔物理学奖。;60年代开始转向对超导新材料的开发 1973年，人们发现了超导合金――铌锗合金，其临界超导温度为23.2K ，该记录保持了13年。 目标：开发高临界温度的超导体材料，为超导体的大规模应用创造条件。;美国IBM 公司瑞士实验室，德国物理学家柏诺兹和瑞士物理学家缪勒从1983年开始，集中力量研究稀土氧化物元素的超导电性。 1986年他们终于发现一种氧化物材料（镧-钡-铜-氧LaBaCuO）具有35K 高温超导性，打破传统“氧化物陶瓷是绝缘体”的观念。 此后每隔几天就有新超导材料诞生。 柏诺兹和缪勒获1987年诺贝尔物理奖。 ;这一发现导致超导研究的重大突破。 1986年底，美国贝尔实验室研究“氧化物超导材料”，超导临界温度达40K，跨越液氢“温度壁垒(40K)” 。 1987年2月，美国华裔科学家朱经武和中国科学家赵忠贤相继在钇-钡-铜-氧系的材料上，把超导临界温度提高到90K以上，液氮禁区(77K)也奇迹般地被突破。 1987年底，铊-钡-钙-铜-氧系材料又把临界超导温度记录提高到125K. 从1986－1987年，短短一年多的时间里，临界超导温度竟然提高了100K以上， 在材料发展史，乃至科技发展史上都堪称一大奇迹！;;2001年发现 MgB2作为廉价超导开发：Tc=39K 比金属化合物的最高Tc=23K提高了16K;哥德尔不完备性定理：如果一个形式理论T足以容纳数论并且无矛盾，则T必定是不完备的。;7.2 超导材料的应用;;在高温超导体出现之前，在液氦温度下使用的低温超导材料已实现了产业化。 以NbTi、Nb3Sn为代表的实用超导材料在核磁共振人体成像、超导磁体及大型加速器磁体等多个领域获得了应用。;磁悬浮列车;;根据吸引和排斥原理，磁悬浮列车有两个发展方向： 德国：常规磁铁吸引式悬浮系统－－EMS系统，利用常规电磁铁与一般铁性物质相吸引作用，把列车吸引上来，悬空约为10毫米左右。时速400-500公里/小时； 日本：排斥式悬浮系统－－EDS系统，使用超导磁悬浮原理，使车轮和钢轨之间产生排斥力，列车悬空运行，悬浮气隙约100毫米左右，时速达500公里/h以上。 ;;2000年12月31日，世界上第一辆载人“高温超导磁悬浮实验车”在西南交通大学诞生。该车全部采用国产熔融织构法制备的YBaCuO高温超导体块材，研制成功的液氮低温容器工作时间大于6小时。 ;;核能实验装置;实现核聚变的方法有两种 磁场约束法 ：利用通过强大电流所产生的强大磁场，把等离子体约束在很小范围内，产生1 亿～2亿℃的高温，从而控制轻核聚变-“托卡马克”装置。 惯性