超导材料介绍.ppt
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1、超导材料介绍第第1 1页页第第2 2页页超导概述超导电性的基本特征超导材料的种类超导材料的应用超导材料简介第第3 3页页一、超导概述昂内斯(中间白衣者)在他所创立的低温实验室内昂内斯(18531926)荷兰低温物理学家1908年成功地液化了氦气,1911年发现了某些金属在液氦温度下电阻突然消失,即“超导电性”现象,于1913年获诺贝尔奖。HgInSnPb4.15K3.4K3.7K7.2K氧氮氮90.2K77.3K4.2/1.7K第第4 4页页1957年巴丁、库珀和施里弗合作创建了超导微观理论(BCS),于1972年获诺贝尔奖。这一理论能对超导电性作出正确的解释,并极大地促进了超导电性和超导磁体
2、的研究与应用。第第5 5页页约瑟夫森和贾埃弗的发现,对于研制高性能的半导体和超导体元器件具有很高的应用价值,并导致超导电子学的建立。第第6 6页页1986年缪勒和柏德诺兹发现了钡镧铜氧体系高温超导化合物。于1987年获得若贝尔奖。这一研究成果导致了多种液氮温区高温超导体材料的出现,并宣告了超导技术开发应用时代即将到来。第第7 7页页金兹伯格莱格特阿布里科索夫2003年诺贝尔物理学奖授予美国阿尔贡国家实验室的阿力克谢阿布里科索夫、俄国莫斯科莱伯多夫物理研究所的维塔利金兹伯格和美国伊利诺斯大学教授安东尼莱格特,以奖励他们在超导和超流理论方面的先驱性贡献。第第8 8页页吴茂昆朱经武赵忠贤 陈立泉钇钡
3、铜氧化合物,1987年2月,92K锶镧铜氧(1987年初,48.6K)、钡镧铜氧、钇钡铜氧系材料,铋系超导体第第9 9页页二、超导电性的基本特征ZeroResistance-NoPowerLossMeissnerEffect-ActasMagnetCriticalProperties-Tc,Jc,HcJosephsonEffects-ElectronTunnelling第第1010页页1.1.零电阻效应零电阻效应在特定的温度下材料的电阻突然消失的现象称为超导(电)现象,发生这一现象的温度叫超导转变温度Tc,也叫临界温度。材料失去电阻的状态称为超导态,存在电阻的状态称为正常态。具有超导态的材料称
4、为超导材料。零电阻效应是超导态的一个基本特征。不同导体的电阻-温度曲线水银的零电阻效应第第1111页页2.2.迈斯纳效应迈斯纳效应处在超导态的物体完全排斥磁场,即磁力线不能进入超导体内部,这一特征叫完全抗磁性,通常也叫做迈斯纳效应,是超导态的另一个基本特征。超导体排斥力使永久磁环悬浮第第1212页页超导态为什么会出现完全抗磁性呢?超导态为什么会出现完全抗磁性呢?外磁场在试样表面产生感应电流(b)。此电流所经路径电阻为零,故它所产生的附加磁场总是与外磁场大小相等,方向相反,因而使超导体内的合成磁场为零。由于此感应电流能将外磁场从超导体内挤出(c),故称磁抗感应电流,又因其能起着屏蔽磁场的作用,又
5、称为屏蔽电流。第第1313页页超导体与理想导体的磁性质的区别超导态是一个热力学平衡现象,抗磁性可逆;理想导体的这种磁性质与加场过程有关,不可逆。第第1414页页临界温度Tc临界磁场Hc临界电流密度Jc一些金属超导体临界磁场与温度的关系维持超导状态的必要条件3.3.超导体的临界参数超导体的临界参数第第1515页页超导隧道结(约瑟夫森结)示意图弱连接超导体:S-I-S两超导体中间的绝缘(真空,正常)层也能让超导电流通过的现象叫超导隧道效应。4.4.超导隧道效应超导隧道效应第第1616页页电阻(率)-温度曲线,磁化率-温度曲线,比热容-温度曲线物体是否为超导体的实验判据物体是否为超导体的实验判据第第
6、1717页页水银的零电阻效应MgB2的x-T曲线锡在正常态(N)和超导态(S)的比热容实例第第1818页页两类超导体 主要是合金和陶瓷超导体。它存在有两个确定的临界磁场,即下临界场Hc1和上临界场Hc2。允许磁场通过。它们具有完全的迈斯纳效应(完全的抗磁性)。如果外部磁场过强,就会破坏超导体的超导性能。这类超导体只有两个态,即低温超导态和正常态。主要是金属超导体。第一类(第一类(I I型)超导体型)超导体0TcTH Hc超导态正常态第二类(第二类(II II型)超导体型)超导体第第1919页页第二类超导体HTTcNHc2SMeissnerMixedHc1第二类超导体的相图第二类超导体的相图0,
7、0=rB0,0=rB第第2020页页Fluxpenetratesabovethelower critical field Hlower critical field Hc1c1Superconductivitysurvivesuptotheupper critical field Hupper critical field Hc2c2TypeIITypeIIMostalloys,HTS,MgB2.混合态TTc0HHc1TTcHc1HHc2第第2121页页超导现象的物理本质1957年由巴丁(Bardeen)、库珀(Cooper)和施里弗(Sehriffer)合作创建了超导微观理论(BCS)。库珀
8、电子对库珀电子对通过格波相互作用,其作用范围为10-610-9m;每个库珀电子对的总动量相当,这是零电阻产生的根源;材料变为超导态后,电子结为库珀对,能量降低2,称其为超导体的能隙。第第2222页页超导体的能隙能隙随温度变化的曲线02D正常态超导态费米能正常态超导态费米能D2能量T0K,0KTTc第第2323页页三、超导材料的种类第第2424页页周期表中的元素超导体周期表中的元素超导体大多数过渡元素和稀土元素都具有超导性;碱金属、铜、银、金,以及一些铁磁和反铁磁元素未发现其超导电性。元素超导体中,铌具有最高临界转化温度(9.2K);只有钒、铌和钽属于第二类,其他元素均属第一类;大多数超导合金和
9、化合物则属于第二类。第第2525页页科学家2002年发现以钚为基础的新的超导体族美国能源部洛斯阿拉莫斯科学实验室、佛罗里达大学和德国铀后元素研究所,以约翰尔拉奥博士为首的科学家小组首次发现钚的超导效应,证实钚、钴和镓的合金在温度为18.5K时会变成超导体。第第2626页页合金超导体组成元素都具有超导性合金合金Nb3SnNbTiV3GaNb3GeTc(K)18.19.516.523.2组成元素只有一种是超导元素或都不具有超导性合金合金La2C3C8KMgB2Tc(K)5.911.09.539第第2727页页化化合合物物超超导导体体第第2828页页从应用角度对超导材料分类强磁场(电)超导材料强磁场
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