当前位置:
文档之家› 超导材料(材料科学与人类文明)
超导材料(材料科学与人类文明)
performers; combining Group 5B metals in a ratio of 3-to-1 with 4A or 3A elements.
Nb0.6Ti0.4 9.8 K (First superconductive wire)
Nb
9.25K
Tc
7.80K
V
5.40 K
Note: These 3 are the only elemental Type 2 superconductors.
球体
Meissner 效应
由于Meissner效应, 磁铁和超导体之间 存在很强的排斥作用, ----磁悬浮
右图:
小磁体悬浮在超导体上。
磁悬浮演示
3. 表征超导体的重要物理量
• 超导临界温度:Tc ~ 165 K, record • 临界磁场:Hc • 穿透深度:,磁场在超导体表面穿透进入超导体的深
超导材料及应用
主要内容
• 超导体的基本知识 • 超导研究的历史 • 高温超导体的发现和特性 • 超导材料的应用
一、超导体的基本知识
1、超导体的零电阻特性
• 电阻为零 R=0 (Superconductor)
1911年荷兰科学家Onnes观测到Hg的电阻在 4.2K突然下降为零,首次发现了超导现象。 超导环中的永久电流实验:r10-23W.cm
度,~ 10 –100 nm • 相干长度:,电子配对(Cooper对)的尺寸,
~1-50nm • 临界电流:Jc,最大能通过的电流 • 超导能隙:,超导态(基态)与激发态的能量差,或
者说,破坏一个Cooper对需要2 的能量 • Ginzburg-Landau参量: = /
4. Josephson(约瑟夫森)效应
Zr 0.61 K
Am 0.6 K
Cd 0.517 K
Ru 0.49 K
Ti 0.40 K
U 0.20 K
Ha 0.128 K
Ir 0.1125 K
Lu 0.1 K
Be 0.026 K
W 0.0154 K
Pt
0.0019 K
Rh 0.000325 K
已知的超导元素
超导体的分类
• 第II类超导体 两个临界磁场 HC1、 HC2 HHc1 Meissner态,完全抗磁通 B=0 Hc1 H Hc2 混合态,磁通格子态 磁通量子、磁通钉扎、流动、蠕动。 HHc2 正常态
第一类超导体
• 在超导态是理想的 抗磁体 (Meissner态)。 HC:临界磁场 当H>HC, 转变为正常态
H HC 正常态
超导态 完全抗磁性
0
TC
T
一些元素的超导临界温度
Pb 7.2 K La 4.9 K Ta 4.47 K Hg 4.15 K Sn 3.72 K In 3.40 K Tl 1.70 K Rh 1.697 K Pr 1.4 K Th 1.38 K Al 1.175 K Ga 1.10 K Ga 1.083 K Mo 0.915 K Zn 0.85 K Os 0.66 K
理想第II类超导体、非理想第II类超导体
第二类超导体相图
当 HC1<H<HC2, 处于混合态,磁通部分 穿透进超导体, 抗磁性不完全。 在混合态的磁通线 有规律地排列成 三角或四方格子, 称为磁通格子。
Her态 T
混合态
• 1957年,苏联物理学家阿布里科 索夫提出存在第二类超导体,其
主要特点是存在下临界磁场Hc1和 上临界磁场Hc2。 • 当材料处于H<Hc1的外加磁场中时,
材料为完全超导态;
• 当 Hc1<H<Hc2
时,材料处于部分超导态,材料 内部出现许多细小的管状正常态 区域——有磁场通过——称为磁 通线;---混合态
• 当 H > Hc2, 变成正常态.
II类超导体磁通穿透
F0=2x10-7Gauss/cm2
超导量子干涉仪 (SQUID)
• F0=2x10-7Gauss/cm2
5、超导理论:
Bardeen、Cooper、Schrierfer理论(BCS理论)
1986年发现的铜氧化 物超导体的超导电性 不能用BCS理论解释
6、超导体的分类
I 类超导体: Pb, Sn, Hg等单质金属 BBc 超导态正常态 Bc 一般很小, 中间态概念 IIc 超导态正常态 Ic 一般很小 (通常无用)
合金及化合物超导体
Cs3C60 40 K (Highest-Tc Fulleride) MgB2 39 K (Highest Tc Non-Fullerene Alloy) Ba0.6K0.4BiO3 30 K (First 4th order phase)
Nb3Ge 23.2K Nb3Si 19K Nb3Sn 18.1K Nb3Al 18K V3Si 17.1K Ta3Pb 17K V3Ga 16.8K Nb3Ga 14.5K V3In 13.9K Note: Among the alloys, these are some of the best
Meissner效应(完全抗磁性, 理想抗磁性)
磁感应强度 B=0 (超导体内) Meissner 和 Ochsenfeld 1933年发现
----和理想导体不同 ----存在一临界磁场
H> HC 超导态正常态
完全抗磁性
置于外磁场中的超导体会表现出完全抗磁性,即超导 体内部磁感应强度恒为零的现象—称为“迈斯纳效应 ”
that are ferromagnetic or anti-ferromagnetic
(as oxides). This makes them very reluctant
卡末林·昂内斯
H. Kamerlingh-Onnes (1853--1926)
1913年, 诺贝尔物理学奖, 因对物质低温性质的 研究和液氦的制备 而获奖。
R=0 in superconductor
TC:超导临界温度, T<TC, R=0
高温超导体YBCO的电阻-温度曲线
2. Meissner效应
HoNi2B2C 7.5 K (Borocarbide)
Fe3Re2
6.55K
GdMo6Se8 5.6K (Chevrel)
CoLa3
4.28K
MnU6
2.32K (Heavy Fermion)
AuZn3
1.21K
Note: The above 6 compounds contain elements