1 超导体发现历史:
在1908 年,荷兰的研究人员液化了气体氦,成功地获取 4。2K 极限低温条件。这个重要进展也使得他们小组于 1911 年在该温区 下测量纯 Hg 的电阻时发现其电阻急剧下降到零如图 2 1所示。这种电阻突然消失的现象就称 为超导现象,把物质所处的这种状态称为超导态。超导态的发现就像一座灯塔一样闪耀,无数人对超导研究趋之若鹜,随之就开创了物理学的一个新的研究领域。
汞的电阻率温度曲线88436
到了1986年,在Zurich大学IBM实验室的K。Alex Muller和J。Georg Bednorz发现特定的半导体氧化物可以在低于35K温度下显示出超导现象,特别是镧钡铜氧氧化物,一种缺氧钙钛矿型的潜在材料。
到了1987年,超导体的研究又有了另一个突破性的进展。美国休斯敦大学的朱经武领导的研究小组以及中科院物理所的赵忠贤研究小组分别独立观测到临界转变温度在90K以上的超导现象,而赵忠贤研究小组首先公布了这种超导材料是钇、钡、铜和氧的化合物,其中钇、钡、铜的院子百分比为1:2:3,这便是钇钡铜氧。这使得以廉价的冷却方式研究超导体成为可能,也因此引发了全世界对新高温超导材料的研发热潮。
超导是超导电性的简称,是指某些物体当温度下降至一定温度时,电阻突降为零(如图1。1),同时所有外磁场磁力线将被排出超导体外,导致体内磁感应强度为零,即同时出现零电阻态和完全抗磁性。具有这两种特性的材料称为超导材料。
也是因此我们可以通过是否同时具备零电阻特性和麦斯纳特性来判断一个物体是否为超导体
2 超导体的两个基本特性
零电阻特性
处于超导态时的超导材料电阻为零,在输运电这种能量的时候没有丝毫损耗。在前人的实验中我们不难得出结论,超导材料的电阻率小于10-23 mΩ∙cm,而且实验的数据总是正负波动允波动值还在实验精度之内,我们大可认为它是零电阻。如果将超导体做成环状并感应产生电流,电流将在环中无限流动而且毫不衰减。88436
超导态开始出现的温度一般称为超导临界温度,定义为Tc。从微观意义上来讲,当超导材料处于超导临界温度以下时,材料中费米面附近的电子将通过相互之间的介质而配对,这些电子对(库珀对Cooper)将同时处于稳定的低能组态叫做“凝聚体”。对场内的电子施加电压的情况下,这些电子的运动方向调性一致。所以,超导在宏观意义上又属于宏观量子凝聚现象。
麦斯纳效应
又称完全抗磁性,1937年迈斯纳(W。Meissner)和奥森菲尔德(R。Ochsefeld)发现超导体的一个重要性质:物质由常导态过度到超导态时,处在超导状态内的磁感应强度为零,即超导体在常导态时的磁通状态无论如何,当样品进入超导状态后,磁通一定不能穿过超导体。两位研究人员对球形导体单晶锡的磁场分布进行了实测,发现锡球到达转变温度Tc后,到超导态时,本来环绕锡球和那些从锡球中间穿过的磁场突然发生了剧烈的变化,磁力线被排挤疏离到超导体外。这种当金属变成超导体时磁力线自动排出金属体外,超导体内感应强度为零的现象,称为迈斯纳效应。
进一步的研究表明:一个磁体和一个处于超导态的超导体互相靠近时,磁体的磁场会与超导体互相作用,表面随即出现超导电流。该超导电流形成的磁场在超导体的内部,与磁体的磁场大小相等刚好抵消,又使超导体内部的磁感应强度B=0,我们可以这么认为是超导体在排斥体内的磁场。这一发现具有非常大的意义,在此之后,人们用迈斯纳效应来判定物质是否具有超导性。