1、超導(dǎo)物理基礎(chǔ)高溫超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)超導(dǎo)特性發(fā)現(xiàn)于1911臨界溫度提高很慢：75.1988110K（2100度）1989130K1993年3月北大郭建棟教授，制備成功了134K樣品目前超導(dǎo)體的臨界溫度約150K超導(dǎo)基本特性：從材料區(qū)分：低溫超導(dǎo)材料（液氦溫區(qū)）：金屬。高溫超導(dǎo)（液氮溫區(qū)）：高溫氧化物超導(dǎo)體。超導(dǎo)基本特性：1.零電阻特性超導(dǎo)體零電阻觀察與測量：（1）一超導(dǎo)環(huán)置一磁場中，然后冷卻使之轉(zhuǎn)變成超導(dǎo)態(tài)，快速撤去磁場。產(chǎn)生感應(yīng)電流。零電阻現(xiàn)象2.使樣品通一恒定電流，測量其阻值隨溫度變化。測阻（難）與測溫。.1025. 075. 0.,.,:/),/exp()0(萬年超導(dǎo)環(huán)衰減時(shí)間大于推出衰減時(shí)間變化量

2、超導(dǎo)電流形成的磁場可通過核磁共振方法測正常金屬很小是電流衰減時(shí)間常數(shù)）ZrNbRLtItI定義：通常把外部條件(磁場、電流、應(yīng)力等）維持在足夠低值時(shí)電阻突然變?yōu)榱愕臏囟确Q為超導(dǎo)臨界溫度TC。液氮溫區(qū)高溫超導(dǎo)體特性1.零電阻率（現(xiàn)象）：相變:電阻、磁化率、熱電勢、比熱容、熱導(dǎo)率等都有明顯的變化。 臨界溫度Tc以下電阻為零。 由正常態(tài)向超導(dǎo)態(tài)過度稱轉(zhuǎn)變寬度：Tc. Tc：取決于材料的純度和晶格的完整性。 理想樣品的Tc K310完全抗磁性：邁斯納（Meissner)效應(yīng)問題：先降溫？先加磁場？理想導(dǎo)體：在磁場下降溫，磁通不變。超導(dǎo)體：與過程無關(guān)。僅僅沒有電阻的假想金屬稱做理想導(dǎo)體。超導(dǎo)體置于外加磁

3、場時(shí)，磁通不能穿透。超導(dǎo)體內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度始終為零（B=0）邁斯納（Meissner)效應(yīng):完全抗磁性是獨(dú)立于零電阻特性的基本屬性。零電阻特性是邁斯納（Meissner)效應(yīng)的必要條件。磁懸浮實(shí)驗(yàn)演示：難以給出定量結(jié)果?？勾判裕盒铚y量樣品的磁化率隨溫度的關(guān)系。超導(dǎo)物理理論基礎(chǔ):二流體模型和倫敦方程:自由電子氣部分“凝聚”:粗糙BCS理論:電子庫柏對.不能解釋30K以上超導(dǎo)現(xiàn)現(xiàn)象.(金屬30K為禁區(qū)).二流體模型:(低溫超導(dǎo)) 二流體模型和倫敦方程: 自由電子氣：相變。 速度“凝聚” 電子比熱容比：正常態(tài)（線性），超導(dǎo)態(tài)：指數(shù)變化。 倫敦第一方程：零電阻 倫敦第二方程：邁斯納效應(yīng)BCS理論:(Bar

4、deen,Cooper,Schrieffer) 理論高深的量子力學(xué)和許多數(shù)學(xué)知識(shí)。 兩個(gè)電子電子庫柏對超導(dǎo)電流。 晶格振動(dòng)的熱運(yùn)動(dòng)拆散庫柏對 不能解釋30K以上超導(dǎo)現(xiàn)現(xiàn)象.(金屬：30K為禁區(qū)).國際制冷學(xué)會(huì)（IIR）1971年：對0以下稱為低溫，溫區(qū)進(jìn)行劃分（向全世界建議）： T120K 為冷凍溫區(qū)120KT0.3K 為低溫溫區(qū) T120K） 1.基于相變原理的制冷:R12:-30,R14:-128.電冰箱,空調(diào)等.2.電制冷:利用半導(dǎo)體材料的珀?duì)柼?yīng),可以取得制冷效果.醫(yī)學(xué),生物學(xué):降溫帽,白內(nèi)障摘除器等.二.低溫溫區(qū)的主要制冷手段:（ 120KT0.3K ）1.等焓節(jié)流:80K左右.2

5、.等熵膨脹-等焓節(jié)流:20K:液態(tài)氫的液態(tài)氦.3.對低溫液體抽氣降溫.例如:液氦:0.8K,0.3K.三.超低溫溫區(qū)的獲得:（ T0.3K ）1.磁制冷核自旋去磁:510-8K.2.帕末朗丘克制冷3.3He-4He稀釋制冷.幾種常用的溫度計(jì) 溫 度 計(jì) 測溫屬性定容氣體溫度計(jì) 壓強(qiáng)定壓氣體溫度計(jì) 體積鉑電阻半導(dǎo)體溫度計(jì) 電阻熱電偶溫度計(jì) 熱電動(dòng)勢液體溫度計(jì) 液柱長度液體溫度計(jì)測溫范圍液體 溫度測量范圍水銀 -30+300酒精 -80 80甲苯 -80+110乙醇 -80+80煤油 0+300石油醚 -120+20鉑電阻、半導(dǎo)體、熱電偶溫度計(jì) 鉑電阻：在63K到室溫具有線性關(guān)系，電阻正比于溫度。

6、不嚴(yán)格逞線性。（查公式與表） 半導(dǎo)體：有正、負(fù)兩種溫度系數(shù)。大部分溫區(qū)中，具有負(fù)的溫度系數(shù)（與金屬不同）。溫度越高電阻越低。 不同材料半導(dǎo)體：硅、鍺、碳、滲碳玻璃電阻、熱敏電阻等。溫-阻關(guān)系不同，不同溫區(qū)不同。 塞貝克效應(yīng)：由兩種不同金屬連接，兩接點(diǎn)在不同溫度下(參考點(diǎn))，形成熱電偶電動(dòng)勢。高溫氧化物超導(dǎo)體特性1.高溫超導(dǎo)材料正常態(tài)電阻率在很大溫度范圍內(nèi)逞線性關(guān)系.2.霍爾系數(shù) 隨溫度的上升而單調(diào)下降.3.超導(dǎo)能隙的各向異性4.電子-電子關(guān)聯(lián)性:可能是高溫超導(dǎo)的主要支配原因neHR1高溫超導(dǎo)材料的研制1.機(jī)械熱加工法.2.混合法.3.照射法:放射性照射,改善超導(dǎo)特性4.蒸氣淀積法5.脈沖準(zhǔn)分子

7、激光法液氮特性：液氮:沸點(diǎn)、進(jìn)出注意事項(xiàng)、樣品與液氮。液氮不能完全密封：漏熱升溫升壓防止凍傷.運(yùn)輸與安放.高溫超導(dǎo)儀： 低溫恒溫器（樣品室）： 樣品研制：高溫?zé)Y(jié)與碾磨、樣品安裝：四端接法：金屬銦壓接。 樣品溫度。測溫與控溫：鉑電阻溫度計(jì)、硅二極管溫度計(jì)測溫:銅-康銅溫差電偶：需有一參考端，伸入液氮浸沒。實(shí)驗(yàn)中有兩個(gè)：一個(gè)為液面計(jì)；另一個(gè)為溫度計(jì)。25歐姆錳銅加熱器線圈的紫銅恒溫塊:導(dǎo)熱性能好.鉑電阻和硅二極管測量：單一恒流源。四端接法、標(biāo)準(zhǔn)電阻。測電壓. 鉑：標(biāo)準(zhǔn)電阻100歐姆，恒流1mA,內(nèi)置10uv,4 數(shù)字表(已經(jīng)標(biāo)定:公式硅二極管：標(biāo)準(zhǔn)電阻10K歐姆，恒流100uA，內(nèi)置100uv,

8、4 數(shù)字表。測量確定紫銅恒溫塊的溫度。四引線法測量超導(dǎo)樣品電阻恒流源: 樣品電壓：標(biāo)準(zhǔn)電阻：為消除亂真電動(dòng)勢,設(shè)立電流反向開關(guān).外接靈敏度為1uv的51/2直流數(shù)字電壓表：測量標(biāo)準(zhǔn)電阻和樣品上的電壓.,/nRnUxUxRnRnUI溫差熱電偶定點(diǎn)液面計(jì)-溫差熱電偶實(shí)驗(yàn)中有兩個(gè)：一個(gè)為液面計(jì)；另一個(gè)為溫度計(jì)。參考點(diǎn)：同在液氮中，作液面計(jì)的另一端在紫銅恒溫塊與下檔板中間。作溫度計(jì)的另一端在紫銅恒溫塊上。電控制儀： 19芯連接電纜。 恒流、四端接法、標(biāo)準(zhǔn)電阻、鉑電阻、半導(dǎo)體二極管（硅管）、熱電偶、測溫與控溫（加熱器）、四位半數(shù)字表。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 測量室溫.-鉑與硅二極管. 安裝低溫恒溫器:液氮倒入:多少?

9、怎樣倒?以下檔板剛好接觸液面計(jì)為準(zhǔn). 使樣品下降至液面計(jì)指示為零:熱電偶無溫差.:高度. 測量溫度與樣品電勢.:降溫速率控制.開始:可約每5分鐘測量一次,超導(dǎo)轉(zhuǎn)變時(shí)可約每分鐘測一次. 樣品電阻為零時(shí),正反向應(yīng)一致.確定起始與作業(yè): 1.金屬低溫超導(dǎo)理論中,最基本的出發(fā)點(diǎn)是什么?試用BCS理論及二流體模型解釋超導(dǎo)電性.2.超導(dǎo)磁懸浮是什么效應(yīng)的直接結(jié)果?試描述上海磁懸浮列車工作原理.3.超導(dǎo)樣品的國際與國內(nèi)研制近況如何？超導(dǎo)應(yīng)用:一.強(qiáng)電磁方面的應(yīng)用(1)磁懸浮列車(2)磁流體發(fā)電(3)超導(dǎo)磁分離技術(shù)二.弱電磁方面的應(yīng)用(1)超導(dǎo)磁梯度計(jì)對人腦功能的研究(2)超導(dǎo)計(jì)算機(jī)(3)超導(dǎo)重力儀測量注意事

10、項(xiàng):所有測量必須在同一次降溫過程中完成.恒流源不可開路,穩(wěn)壓電源不可短路.在總電源打開前:各分電源均應(yīng)處在斷開狀態(tài).加熱器的電壓應(yīng)處于零.實(shí)驗(yàn)結(jié)束,樣品拉桿移出低溫容器,液氮需回收.結(jié)束！超導(dǎo)體臨界溫度測試1911年荷蘭物理學(xué)家卡麥林翁納斯發(fā)現(xiàn)：水銀稍低于時(shí),其電阻急劇地下降到0.超導(dǎo)電性的兩個(gè)最基本特征:1.以零電阻為特征的金屬態(tài)命名:超導(dǎo)態(tài).2.磁通密度為0,完全抗磁性(Meissner效應(yīng))常用低溫溫度計(jì):1.實(shí)用溫度計(jì): 鉑,半導(dǎo)體,P-N二極管,熱電偶等.2.熱力學(xué)溫度計(jì):定容氣體溫度計(jì).3.半熱力學(xué)溫度計(jì):蒸汽壓溫度計(jì).例:1.鉑,半導(dǎo)體、熱電偶溫度計(jì) 2.西蒙氣體溫度計(jì) 3.蒸汽壓溫度計(jì)PTVTVVTVVpVpVppVVTTPTTPTPPaPPaPaTTnRTVPTVPTPVTPV11,)()(1)(1)()1 (0000000000000000令常數(shù)熱電偶溫度計(jì)湯姆孫效應(yīng)：同一種金屬，兩端有溫度差，電子云在溫度不均勻時(shí)的熱擴(kuò)散形成電動(dòng)勢。外加電流，可有吸熱與放熱珀耳帖效應(yīng)：兩種不同金屬接觸面處，由不同金屬的自