土木专业建筑学超导材料1随堂讲义.ppt

* 弗洛里西： 导电性良好的碱金属和贵金属都不是超导体， 常温下导电性能不好的材料，在低温下却有可能成为超导体 电子与晶格点阵相互作用，是高温下引起电阻的原因，而在低温下却导致超导电性。 B. 超导能隙 当金属处于超导态时，超导态的电子能谱与正常金属不同 在费米能EF附近出现了一个半宽度为Δ的能量间隔，在这个能量内没有电子存在 Δ叫做超导能隙，能隙大约是10-3-10-4电子伏特数量级。 超导基态：绝对零度，能量处于能隙下边缘以下的各态全被占据，而能隙以上的各态则全空着 超导能隙的出现反映了电子结构在从正常态向超导态转变过程中发生了深刻变化 C. 库柏电子对 电子在晶格点阵中运动，它对周围的正离子有吸引作用，从而造成局部正离子的相对集中，导致对另外电子的吸引作用。这样两个电子通过晶格点阵发生间接的吸引作用。 如果这种吸引作用超过电子之间的库仑排斥作用，而表现为净的相互吸引作用，这样的两个电子被称为库柏电子对。 　库柏证明:能够发生这种净的吸引作用的电子，处于费米面附近，动量大小相等方向相反且自旋相反，记为(k↑，一k↓) 从能量上看，组成库柏对的两个电子由于相互作用将导致势能降低。 库柏电子对是现代超导理论的基础。 库柏电子对 库柏电子对的距离? ，称为超导态的相干长度。这个相干长度大约在10-6m 原子的大小：大约在10-10m 远程关联。 相干长度?和穿透深度?一样，都是超导体的特征参量。 D.相干长度 物质 相干长度ξ/nm 物质 相干长度ξ/nm Al Sn Tl 1500 250 270 Nb Nb-Ti 60 30 几种物质在0K下的超导相干长度ξ E. BCS理论： 巴丁(J·Bardeen)、库柏(L·N·Cooper)和施瑞弗(J·R·Schrieffer)在1957年提出了超导电性量子理论，被称为BCS超导微观理论。其核心是： BCS超导微观理论的核心是 　　(1)电子间的相互吸引作用形成的库柏电子对会导致能隙的存在。 (2)元素或合金的超导转变温度与费米面附近电子能态密度N(EF)和电子--声子相互作用能U有关，当UN(EF)1时，BCS理论预测临界温度为： * * * * * * * * * 他们之前许多非常有才华，非常有名气的人都宣称发现了高温超导体，但一次又一次的被证明是实验出了问题。于是后来很多研究超导的科学家都认为不可能存在高温超导体。 《可能的高温超导体——镧钡铜氧化物》投到一个不太有名的德文期刊，他相信没有几个物理学家会读这种期刊 从这张 纯金属的超导临界温度 液氦温度~4.2K 液氢温度~20K 液氮温度~77K 式中 Ic0 是绝对零度时的临界电流。 B. 临界电流Ic 实验还表明，即使温度在临界温度以下，超导体中通过足够强的电流也会破坏超导电性，导致破坏超导电性所需要的电流称作临界电流Ic。 Ic是温度的函数 临界电流随温度变化的关系： 为什么临界电流会破坏超导状态呢？ C. 临界磁场Hc 实验发现，超导电性可以被外加磁场破坏。对处于超导态的超导体施加一个磁场，当磁场强度高于某个数值Hc时, ，超导态被破坏。把破坏超导态的最小磁场强度称为临界磁场。 Hc(T)与温度有如下关系： 式中HC0 是绝对零度时的临界磁场。 金属超导体临界磁场与温度的关系 电流破坏超导电性 磁场破坏超导电性 关系？ 当通过样品的电流Ic在样品表面产生的磁场达到Hc，既临界磁场时，超导状态被破坏。产生临界磁场的电流即超导态允许流动的最大电流。 临界电流和温度及磁场的关系 临界温度（Tc）、临界电流（Ic ）和临界磁场（Hc ）是“约束”超导现象的三大临界条件。 三者具有明显的相关性，只有当超导体同时处于三个临界条件以内，即处于如图所示的三角锥形曲面内侧，才具有超导电性。临界值越高，实用性就强，利用价值就越高。 2.2 完全抗磁性-迈纳斯效应 理想导体： ρ=0，σ=∞ J= σE B≡B0 E=0 迈纳斯(Meissner) 效应 1933年，德国物理学家迈斯纳(W·Meissner)和奥森菲尔德(R·Ochsenfeld)对锡单晶球超导体做磁场分布测量时发现在磁场中把金属冷却进入超导态时，超导体内的磁通线似乎一下子被排斥出去，保持体内磁感应强度B等于零。 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，这个性质叫完全抗磁性，通常叫做迈斯纳效应。 超导体内磁感应强度B总是等于零 超导体内的磁化率为-1，也就是说，超导体是完全抗磁体。 迈斯纳效应产生的原因　　 　　当超导体处于超导态时，在磁场的作用下，表面产生无损耗感应电流，这个电流产生的磁场与原磁场的大小相等，方向相反，因而总合成磁场为零。