a 超导电性.PPT

* * * * * * * §3.5 超导体的电磁性质 超导悬浮（superconductive suspension） 超导陀螺仪， 无磨擦轴承， 超导磁浮列车（时速可达500公里） a. 超导电性（零电阻） 当温度下降到某临界温度之下，物质的电阻率突然下降至零，对汞， 超导电性：电阻率为零，电导率为无穷大 1911年，开默林－昂内斯发现超导现象 1986年，高温超导取得突破 临界温度与外加磁场相关，或曰临界磁场与温度相关 失超 超导相 1. 超导体的基本电磁现象 b. Meissner 效应 外磁场必须小于临界磁场 与外加磁场过程无关，若物质内部有磁场，则进入超导相后，磁场排出 Meissner 效应(1933年)：超导体内部磁感应强度为零 Meissner效应与超导电性是相互独立的效应 正常相 超导相 理想导体欧姆定律 在电磁场中运动的理想导体，欧姆定律为： 绝缘体在磁场中运动，几乎没有什么阻碍 导体呢？理想导体呢？会有什么样的不方便之处？ 超导体，其电阻为零，也可以称为理想导体： 导体静止参考系中电场 理想导体中的磁通冻结 理想导体中任一回路包围的磁通变化： 不管磁场如何变化、回路如何运动、或者回路产生形变，由理想导体构成的回路包围的磁通量保持不变，这就是 磁通冻结 效应。 理想导体要求内部磁通不变，但不要求为零（ Meissner效应 ）。 理想导体球在磁场中运动图像 Meissner效应表示超导体不能简单的看作通常导体 当电导率 时的极限。 通常导体内 常矢量 在常压下有超导转变的元素共计28种： Nb（铌 ）: 9.26K Rh（铑 ）: 0.0002K 钠、钾、铜、银、金 铬、锰、铁、钴、镍 不是超导材料： 高压下有13种元素呈现超导电性： Si: 7.1K(12Gpa) Bi: 8.3K(8Gpa) 超 导 物 质 超导合金： Mo-50Re（铼 ）: 12.6K Nb-75Zr（锆 ）: 11K 超导化合物： 1986年缪勒和柏诺兹发现了一种成分为钡、镧、铜、氧 的陶瓷性金属氧化物LaBaCuO4（陶瓷性金属氧化物通常是绝缘物质），其临界温度约为35K LaOFeAs掺杂（掺F）材料具有超导性，临界温度26K． La可以替代为Sm、Sr、Pr、Ce、 Nd、 Eu、Gd等其他稀土元素，Fe可以替代为Ni、Ru。在SmOFFeAs中发现临界温度40K以上。 铁基超导体： 高温超导体包括四大类： 90K的稀土系，110K的铋系，125K的铊系，和135K的汞系。 它们都含有铜和氧，因此也总称为铜氧基超导体。 高温超导体通常是指在液氮温度（77 K）以上超导的材料。 1913年，开默林－昂内斯获诺贝尔物理学奖 1972年，J.巴丁、 L.N.库珀、 J.R.斯莱弗提出BCS理论的超导性理论，获诺贝尔物理学奖 1973年，诺贝尔物理学奖。 B.D.约瑟夫森关于固体中隧道现象的发现，从理论上预言了超导电流能够通过隧道阻挡层(即约瑟夫森效应)， I.迦埃弗 美国 从实验上发现超导体中的隧道效应， 江崎岭于奈从实验上发现半导体中的隧道效应。 和超导有关的Nobel物理学奖 1987年，柏诺兹和缪勒发现了一种成分为钡、镧、铜、氧的陶瓷性金属氧化物LaBaCuO4，其临界温度约为35K，获诺贝尔物理学奖。 1996年，戴维.李 、奥谢罗夫、 R.C. 里查森发现氦-3中的超流动性获诺贝尔物理学奖。 2003年，阿列克赛·阿布里科索夫(Alexei A. Abrikosov)，安东尼·莱格特(Anthony J. Leggett) 、维塔利·金茨堡(Vitaly L. Ginzburg) ，因在超导和超流体领域中作出的开创性贡献，获诺贝尔物理学奖。 高温超导体的物理机制 超导现象的二流体唯象理论 超导电子是结成库珀对的电子（L.N.Cooper,1957） 超导体中，传导电子可以分成两类：普通电子和超导电子 库珀电子对具有相反的动量，总动量为零 库珀对形成必须借助于晶格振动（声子），形成引力而关联 所有库珀对凝聚于相同的量子态，库珀对的能量比自由态要低 结合能，约为10－8到10 －4 eV 无电场时仍可以存在电流，超导电流 超导电流完全来源于超导电子的贡献 伦敦第一方程: 稳态情况: 超导体中: 伦敦第一方程 2.　超导体的电磁性质方程 与方程 联立 伦敦第二方程 若超导体中的电流产生的磁场总是抵消外加磁场，则可以解释 Meissner效应 伦敦第二方程: 超导体内部磁场指数衰减，若穿透深度很小，即可以解释 Meissner 效应 扩散方程，一维情况的解为： 超导体 称为穿透深度 超导体电磁性质方程 描述超导体现象的