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§8.6 超导电性的微观理论图象 三、如何基于库柏对的概念描述超导电性？ ◇当超导体为非载流状态时，无论是库柏对还是正常态电子在动量空间分布是均匀的，没有择优方向，所以无电流存在； ◇在载流情况下，库柏对的质心动量不为零，所有库柏对都获得了一个大小相等的质心动量； ◇声子对对库柏对中电子的散射只是将一个库柏对变成了另一个库柏对，并改变库柏对的整体动量，所以载流库柏对所产生的电流是无电阻的； ◇拆散一个库柏对需要一个最低能量，所以较小的电流密度的能量不足以拆散库柏对。 §8.7 超导电性的应用举例 1、超导磁体 大尺度、强磁场、低消耗 2、超导电缆 电能在零电阻输送，完全没有损耗 3、超导储能 超导体圆环置于磁场中，降温至材料临界温度以下，撤去磁场，由于电磁感应，圆环中有感生电流产生。只要温度保持在临界温度以下，电流便会持续。 §8.7 超导电性的应用举例 §8.7 超导电性的应用举例 §8.7 超导电性的应用举例 §8.7 超导电性的应用举例 §8.7 超导电性的应用举例 §8.7 超导电性的应用举例 §8.7 超导电性的应用举例 §8.7 超导电性的应用举例 高温超导实用化——诱人前景 电力能源方面：输电电缆、发电机、电动机、变压器超导化超导储能系统、大型电机设备形状与性能的革命 能源工业： 超导贮能调节电网负荷、超导磁体约束的等离子体和可能产生的核聚变 电子学方面： 超导计算机研究：计算速度高，体积小，功耗低，使用方便，信息储存量大 医学和生物方面：核磁共振计算机断层诊断装置(NMR-CT)、超导量子干涉仪(SQUID) 固体物理基础 就对社会冲击而言，高温（最终将达到室温）超导可能是，除了受控核聚变外，物理学中最重要的问题！ 超导电性 Superconductivity ——Nobel奖获得者Ginzburg §8.1 超导电性的发现及超导体的基本性质 一、零电阻现象的发现 1908年荷兰物理学家昂内斯（K. Onnes）实现了氦的液化。 1911年昂内斯在研究Hg 的低温电阻特性时，意外 发现零电阻现象 File等利用核磁共振方法车 辆超导螺线管内的电流衰 变，得出其衰变时间不小于 10万年 ——超导零电阻现象被确认 §8.1 超导电性的发现及超导体的基本性质 二、迈斯纳（Meissner）效应 1933年Meissner和Ochsenfeld发现，无论是在磁场中降温使样品进入零电阻态，还是已经是零电阻态的样品移入磁场中，样品中的磁感应强度均为零，即B=0.——称为迈斯纳效应 迈斯纳效应说明超导体是完全抗磁体 迈斯纳效应是超导体独立于零电阻效应的物理现象 二、迈斯纳（Meissner）效应 §8.1 超导电性的发现及超导体的基本性质 §8.1 超导电性的发现及超导体的基本性质 三、超导体的临界参数 § 8.2 超导电性研究历史 三、超导体的临界参数 § 8.3 超导体的实验研究 一、超导体晶体结构研究 ◇1910’－1950’：Bragg方程和Laue方程已经广泛应用，XRD晶体结构研究极为普遍。 ◇XRD衍射结果表明超导态与正常态的晶体结构完全相同。 ◇超导态是热力学上的稳定状态。 § 8.3 超导体的实验研究 二、超导体比热 = § 8.3 超导体的实验研究 三、超导体能隙的红外吸收光谱研究 超导能隙如果存在，即可用红外吸收光谱表征 § 8.3 超导体的实验研究 四、超导体熵 § 8.3 超导体的实验研究 五、超导体的同位素效应 §8.4 超导转变的热力学分析 一、超导体自由能 ?? 如果将超导体看成是T,H 为强度量的热力学体系，则超导体的摩尔自由能及其微分形式如下： ?? 温度为T时： ?? 在H＝ HC（T）相变线上： §8.4 超导转变的热力学分析 二、超导转变的潜热和比热变化 ?? 相变潜热： 由于当T＝TC 时， SS＝SN，所以相变潜热L＝T（SS－SN）＝0 ?? 比热变化： § 8.5 超导电性的唯象理论 一、二流体模型 § 8.5 超导电性的唯象理论 二、伦敦理论 1935年London 兄弟依据二流体模型提出的一种描述超导现象的唯象理论 1. 零电阻特性 § 8.5 超导电性的唯象理论 二、伦敦理论 2. 迈斯纳效应 § 8.5 超导电性的唯象理论 二、伦敦理论 2. 迈斯纳效应 作为一个例子：考虑超导体占满z ≥0半无限空间， 外场平行于x方向 § 8.5 超导电性的唯象理论 三、金兹堡－朗道理论 1950年，Gingzburg-Landau从超导态是比正常态更为有序的观点出发，结合Landau的相变理论提出超导体的有序度可用超导电子的有效波函数ψ来描述。 1. 无磁场时，超导体的G-L自由能 § 8.5 超导电性的唯象理论 三