超導材料及其應用.ppt

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1、第五章超導材料及其應用光電子材料Content一、超導體的基本知識（1）研究歷史（2）三個基本物理特性（3）BCS理論二、超導體的分類（1）Ⅰ類和Ⅱ類超導體——按照磁化特性分類（2）低溫超導體和高溫超導體——按照工作溫度分類三、低溫超導體（符合BCS理論）（1）元素超導體（2）合金及化合物超導體（3）其他類型超導體四、高溫超導體（1）第一代超導體——鑭系（2）第二代超導體——億系（3）第三代超導體——鉍系、鉈系、汞系五、超導材料的應用（1）磁懸浮列車（2）SQUID量子干涉?zhèn)鞲衅饕?、超導體的基本知識

2、——研究歷史1、1973年以前超導研究過程1911年Onnes發(fā)現(xiàn)Hg在4.2K電阻突然下降為零1933年Meissner效應的發(fā)現(xiàn)1911-1932年間,以研究元素的超導電性。Hg、Pb、Sn、In、Ta….1932-1953年，發(fā)現(xiàn)了許多具有超導電性的合金。如Pb-Bi，NbC，MoN，Mo-Re…….1953-1973年，發(fā)現(xiàn)了一系列A15型超導體和三元系超導體。如Tc?17K的V3Si，Nb3Sn；特別是Nb3Ga，Nb3GeTc?23.2K1957年提出了BCS理論(1972年諾貝爾物理獎

3、)1962年發(fā)現(xiàn)了Josephson效應(1973年諾貝爾物理獎)卡末林·昂內(nèi)斯H.Kamerlingh-Onnes(1853--1926)1913年，諾貝爾物理學獎，因?qū)ξ镔|(zhì)低溫性質(zhì)的研究和液氦的制備而獲獎。2、1973-1986年超導臨界溫度的提高，停滯不前。Tc=23.2KNb3Ge(1973年發(fā)現(xiàn))非常規(guī)超導體研究得到了蓬勃發(fā)展重Fermi子超導體非晶態(tài)超導體低載流子密度超導體磁性超導體低維無機超導體超晶格超導體有機超導體3高溫超導體研究的重大突破1986年Müller(繆勒)和Bednor

4、z(柏諾茲)發(fā)現(xiàn)高溫超導體1986.1La2-xBaxCuO435K1987.2YBa2Cu3O790K1988.1Bi-Sr-Ca-Cu-O80K,110K1988.3Tl-Ba-Ca-Cu-O130K1992Hg-Ba-Ca-Cu-O135K高溫超導體的機理研究1987年兩人獲得諾貝爾物理學獎高溫超導理論:下一個諾貝爾獎?一、超導體的基本知識——三個基本特性完全導電性——零電阻效應完全抗磁性——邁斯納效應超導隧道效應——約瑟夫森效應同位素效應完全導電性定義：將超導體冷卻到某一臨界溫度以下時電阻突

5、然降為零的現(xiàn)象稱為超導體的零電阻現(xiàn)象，即超導體的完全導電性。高溫超導體YBCO的電阻-溫度曲線鉛環(huán)中的電流不停地流動，形成一個永久的磁場，使一枚磁針懸浮在空中如果將這種導線做成閉合電路，電流就可以永無休止地流動下去。確實有人做了：將一個鉛環(huán)冷卻到7.25K以下，用磁鐵在鉛環(huán)中感應出幾百安培的電流，從1954年3月16日直到1956年9月5日，鉛環(huán)中的電流不停流動，數(shù)值也沒有變化。零電阻零電阻是超導體的一個重要特性，實驗表明：超導狀態(tài)中零電阻現(xiàn)象不僅與超導體溫度有關，還與外磁場強度和通過超導體的電流有

6、關，這意味著存在臨界電流，超過臨界電流就會出現(xiàn)電阻.零電阻對于溫度為T(T

7、有關并依賴于溫度。完全導電性（臨界磁場、臨界電流、臨界溫度）臨界溫度Tc臨界磁場Hc臨界電流密度Jc一些金屬超導體臨界磁場與溫度的關系維持超導狀態(tài)的必要條件超導體的臨界參數(shù)完全抗磁性定義：在超導狀態(tài)，外加磁場不能進入超導體的內(nèi)部；原來處于外磁場中的正常態(tài)樣品變成超導狀態(tài)后，也會將原來在體內(nèi)的磁場完全排出。這個性質(zhì)稱為完全抗磁性，又稱為邁斯納效應。球體磁懸浮演示超導體142kg磁懸浮列車理論解釋：當一個磁體和一個處于超導態(tài)的超導體相互靠近時，磁體的磁場會使超導體表面中出現(xiàn)超導電流。此超導電流形成的磁場

8、，在超導體內(nèi)部，恰好和磁體的磁場大小相等，方向相反。這兩個磁場相互抵消，使超導體內(nèi)部的磁感應強度為零，B=0，即超導體排斥體內(nèi)的磁場。完全抗磁性超導隧道結（約瑟夫森結）示意圖弱連接超導體：S-I-S兩超導體中間的絕緣（真空，正常）層也能讓超導電流通過的現(xiàn)象叫超導隧道效應。超導隧道效應約瑟夫森和賈埃弗的發(fā)現(xiàn)，對于研制高性能的半導體和超導體元器件具有很高的應用價值，并導致超導電子學的建立。(SQUID)科幻小說《約翰尼的記憶》中的儀器：同位素效應，同位素的質(zhì)量越大，轉(zhuǎn)變溫