研究生电子材料第二讲（导电材料).ppt

临界磁场 逐渐增大磁场到达一定值后，超导体会从超导态变为正常态，把破坏超导电性所需的最小磁场称为临界磁场，记为Hc。 正常态 H Hc(0) Tc 超导态 【第*页】 临界电流 超导体无阻载流的能力也是有限的，当通过超导体中的电流达到某一特定值时，又会重新出现电阻，使其产生这一相变的电流称为临界电流，记为Ic。目前，常用电场描述Ic(V) ，即当每厘米样品长度上出现电压为1?V时所输送的电流。 Ic(V) I V 失超 【第*页】 超导体分类 第一类超导体：只有一个临界磁场，它们在超导态具有完全抗磁性和零电阻性。 第二类超导体：它们在TTc，HHc,1时处于超导态，HHc,2时处于正常态，当Hc,1(T)HHc,2(T)时处于一种混合态，此态中具有零电阻特性，但不具备完全抗磁性。 【第*页】 3. 超导材料的研究进展 1911年昂纳斯首次发现Hg后，现已有5000种超导材料，直到1973年，超导临界温度每年以0.3K提高 1901—1932年：元素超导体，Pb、Sn、In、Ta、Nb、Ti等 1932—1953年：合金、过渡金属碳化物和氮化物 1953—1973年：A15型(?-钨结构，原子间距比一般晶体要小，态密度高等)， Tc17K的V3Si、Nb3Sn，Laves型ZrV2、 ZrRe2等 70年代初 Nb3(Al0.75Ge0.25)，Nb7Ga、 NbGe等，最高 Tc=23.2 K 1964年Schooley发现了第一个氧化物超导体SrTiO3(0.4K), BaPb1-xBixO3 (钙钛矿)、Li1+xTi2-xO4 有机超导体的发现：1980年的(TMTSF)2PF6， Tc=0.9K；1987年的(BEDT-TTF)2Cu(SCN)2， Tc=7.8K； 1990年的C60 【第*页】 1986年8月，IBM的苏黎士研究室的米勒教授和贝德诺兹教授发现了一种铜氧化合物，它们在35K的温度下电阻接近于0，一下子把超导温度提高了12度；1986年12月，米勒教授和贝德诺兹教授发现了一种新型的陶瓷超导体(此前超导体都是金属)，这种超导体把超导性的临界温度又提高到了38K。 1987年初，美籍华人科学家朱经武教授和他的学生吴茂琨发现了另外一种材料；钇－钡－铜－氧化物，使超导记录提高到了93K。在这个温度区上，超导体可以用廉价而丰富的液氮来冷却。 目前中国在高温超导材料研制方面仍处于世界领先地位。具体的成果有：钇钡铜氧材料临界电流密度可达6000A/cm2，同样材料的薄膜临界电流密度可达106A/cm2。利用自制超导材料已可测到2×10–8G的极弱磁场（这相当于人体内如肌肉电流的磁场），新研制的铋铅锑锶钙铜氧超导体的临界温度已达132K到164K，这些材料的超导机制已不能用BCS理论解释，中国科学家在超导理论方面也正做着有开创性的工作。 【第*页】 4. 超导的理论研究 现代超导微观理论（BCS理论） 超导现象一直是个迷，直到库柏提出电子对概念后才得以解决。 BCS理论由J. Barden, L. Cooper and R. Schrieffer三位科学家提出。 电子同晶体相互作用，在常温下形成电阻。但在超低温下，电阻由电子对相互作用产生。电子对（库柏对）是关联运动的，而不是独立运动的，因此不是通过因晶格缺陷或振动（声子）产生电阻，所以会出现零电阻现象。 BCS理论的表述：超导电性源于固体中电子的配对，而电子配对的相互吸引作用源于电子和晶格振动间相互作用，即交换虚声子； 配对发生在自旋相反动量和为零的两个电子间，即动量 凝聚。 进入超导态的电子发生了深刻变化 晶格起重要作用，电－声的决定性 【第*页】 《电子材料》第二讲 导 电 材 料 主讲人：XXX教授 授 课 提 纲 一、导电材料概述 二、电阻材料 三、超导材料 1. 导电材料的基础知识 定义及概念 电阻率：104Ω·m≤ρ≤10-4Ω·m的材料定义为导电材料 导电材料的分类 固体：金属固体、非金属固体、部分有机高分子材料 液体：电解质水溶液、汞 气体：钠、汞蒸汽，氖、氬等稀有气体 导电材料的主要应用 导线、接头、电子元器件、热电偶、熔断、焊接、电池 一、导电材料概述 【第*页】 2. 金属导电材料 金属的晶体结构 体心立方、面心立方和密集六方 合金的结构 固溶体：金属－金属合金体系 金属化合物 正常价化合物： MgS、Mg2Si、SnS 电子化合物：由两种金属组成，其中一种是过渡金属 间隙相化合物：过渡金属与半径小的非金属元素组成，具有高熔点、高硬度，低温下呈超导状态 机械混合物：各自保持晶粒结构，互不干涉 【第*页】 金属电导的机理 经典金属导电理论：普通金属元素通过提供外层价电子而相互结合，形成晶体，自由流动的外层价电子成为电的