超导电性课件.pptVIP

超導電性1.超導電現象超導電現象某些材料在溫度低於某一溫度時，電阻突然降到零的現象。具有超導電性的材料稱為超導體，電阻降為零的溫度稱為轉變溫度或臨界溫度。R/R04.004.104.204.304.400.00000.00050.00100.00150.0020T/K臨界溫度低溫下汞的電阻溫度關係對於氧化物超導體，其轉變溫度範圍較寬。0.9R00.5R00.1R0R0TeTmTs氧化物超導體的轉變溫度電阻從起始轉變處下降到一半時對應的溫度定義為轉變溫度。轉變寬度超導電現象2.超導體的主要特性（1）零電阻超導體處於超導態時電阻完全消失，若形成回路，一旦回路中有電流，該電流將無衰減地持續下去。（2）臨界磁場與臨界電流材料的超導態可以被外加磁場破壞而轉入正常態，這種破壞超導態所需的最小磁場強度稱為臨界磁場。臨界磁場的存在，限制了超導體中能夠通過的電流。當通過超導體的電流超過某一電流值時，超導態被破壞，此電流稱為臨界電流。（3）邁斯納效應——完全抗磁性在使樣品轉變為超導態的過程中，無論先降溫後加磁場，還是先加磁場後降溫，超導體內的磁感應強度總是為零。（4）同位素效應同位素的品質越大，轉變溫度越低。同位素效應說明超導不僅與電子狀態有關，也與金屬的離子晶格有關。超導體的主要特性3.BCS理論巴丁（左）、庫珀、施裏弗（右）1957年巴丁（J.Bardeen)、庫（L.V.Cooper)和施裏弗（J.R.Schrieffer)提出一個超導電性的微觀理論，稱為BCS理論。從正常態到超導態的轉變非常迅速，因此人們設想這種變化應該是電子態的轉變，因電子的品質小、反應快；但是同位素效應又說明這種轉變與晶格的品質有一定關係。BCS理論格波電子在離子晶格間運動時，電子密度有起伏，當電子在某處集中時，會對附近的離子晶格產生吸引，從而使離子產生振動，並以波的形式在點陣中傳播，這種波稱為格波。聲子格波是量子化的，其量子稱為聲子。形成格波的過程相當於電子發射出一個聲子。BCS理論格波與庫珀對庫珀對傳播著的正電荷區又可以吸引另一個運動著的電子，相當於電子吸引了聲子，兩個電子通過交換聲子產生了間接的吸引作用。對於某些材料，在一定的低溫條件下，交換聲子的兩個電子可以束縛在一起形成一個電子對，稱為庫珀對。電子A聲子電子B電子A電子B（聲子）超導體的主要特性BCS理論處在超導態的電子，不是單獨一個個存在的，而是配成庫珀對存在的，配對的電子，其自旋方向相反，動量的大小相等而方向相反，總動量為零。庫珀對作為整體與晶格作用，因此一個電子若從晶體得到動量，則另一個電子必失去動量，作為整體，不與晶格交換動量，也不交換能量，能自由地通過晶格，因此沒有電阻。超導體的主要特性當溫度大於臨界溫度時，熱運動使庫珀對分散為正常電子，超導態轉為正常態。當磁場強度達到臨界強度時，磁能密度等於庫珀對的結合能密度，所有庫珀對都獲得能量而被撤散，超導態轉為正常態。超導體的主要特性4.超導電性的應用用超導材料製造電纜可實現無損耗輸電。用超導材料製造電機，可以大大提高效率。用超導線圈製造電磁體可以得到很強的磁場，可應用於受控核聚變、高能加速器、磁流體發電、磁懸浮列車、核磁共振成像裝置等。磁懸浮列車