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第七章超导电性
Superconductivity
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!
—Nobel奖获得者Ginzburg
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引言
主要内容
n 固体超导现象的发现及超导体的基本性质
n 超导电性的研究历史
n 超导现象的试验研究
n 超导电性的热力学及唯象理论
n 超导电性的微观(量子)理论框架
n 超导电性的应用
学习提示
ü 授课思路:实验规律- 物理启发-理论建立
ü掌握超导电体的基本物理特性及相关理论
ü对超导电性从实验现象到理论的建立过程应有所感悟
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一、零电阻现象的发现
n 1908年荷兰物理学家昂
内斯(K. Onnes)实现了
氦的液化。**
*
n 1911年昂内斯在研究Hg
的低温电阻特性时,意外 W
/
发现零电阻现象 R
TC:临界温度
nFile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
T / K
—超导零电阻现象被确认
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超导电性的发现及超导体的基本性质
二、迈斯纳(Meissner)效应
n 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
永磁体
B= 0
超导体
磁悬浮示意图
T > Tc T < Tc
n 迈斯纳效应说明超导体是完全抗磁体
B = m 0 (H + M )
M
c = = ­1
B=0 M = ­ H H
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迈斯纳效应是超导体独立于零电阻效应的物理现象
对于零电阻导体而言:E=0
理想导体:B=B (t = 0)
¶B 0
= ­Ñ ´ E = 0
¶t 超导体:B≡0
理想导体内B的变化超导体内B的变化
降温加场
降温加场
加场降温
加场降温
去场去场
去场去场
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三、超导体的临界参数
1. 临界磁场
( )
T Hc T
Hc = Hc (0)(1­ ) 正常态(N)
Tc
2. 临界电流
T 超导态(S)
Jc = Jc (0)(1­ )
Tc
T
3. 两类超导体
混合态
M M S 涡旋态 N
S
N
H
H H H
HC C1 C2
第Ⅰ类超导体第Ⅱ类超导体
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Tc
氧化物高温超导体
125K或更高(含CuO)
1985年
MB2, C60,纳米碳管等
其它低温超导体
金属及金属间化合物
低温超导体
时间
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超导体的实验研究
一、超导体晶体结构研究
n 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
n XRD衍射结果表明超导态与正常态的晶体结构完全相同