超导材料.ppt
《超导材料.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《超导材料.ppt(19页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、超导材料(Superconductor material),栗志同,2,一.超导现象的发现及进展 1911年,昂内斯在液氦温度下研究金属的电阻与温度的关系时,发现温度 T=4.2K附近水银样品的电阻从0.125欧姆突然降至零,他把这种现象称为零电阻 性或超导电性。出现超导电现象的那个温度称为临界温度或转变温度,用TC表 示。 自1911年以后,又发现了23种纯金属也具有超导性。包括水银在内,24种纯金 属超导材料的临界温度范围为0.1K9.13K,最高温度为9.13K的是铌元素。 1950年,科学家将注意力转向了合金和化合物。 1952年,发现了临界温度为17K的硅化钒,不久又发现了临界温度为
2、18K的铌锡 合金,这在当时是最高的临界温度,以后又陆续发现了若干铌系列合金超导 体。,3,1973年,科学家发现了铌锗合金,其临界温度为23.3K,该纪录保持了13年。 1986年,米勒和贝德诺尔茨发现了一种氧化物(镧-钡-铜-氧化物陶瓷超导材料) 具有35K的高温超导性,突破了传统“氧化物陶瓷是绝缘体”的观念。 1986年底,美国贝尔实验室研究的氧化物超导材料,其临界超导温度达到40K,液 氢的“温度壁垒”被跨越。 1987年,中国科学家赵忠贤在钇-钡-铜-氧系材料上把临界超导温度提高到90K以上,液氮的禁区(77K)也被突破了,这使超导转变温度高于液氮的气化温度,使资源丰富、价格低廉的液
3、氮作为超导体工作的冷却剂成为可能。人们将这类铜基氧化物超导(TC77K)叫做高温超导体。 1987年底铊-钡-钙-铜-氧系材料又把临界超导温度的纪录提高到125K。 1991年发现了球状碳分子碳60在掺入钾、铯、钕等元素后,也有超导性。 1993年,人们发现了超导临界转变温度为133K的汞-钡-钙-氧系材料。,4,近年来,人们对超导电性的研究又不断取得新的进展,如 发现了新型超导体C60,C60被誉为21世纪新材料的“明星”, 由于它弹性较大,比质地脆硬的氧化物陶瓷易于加工成型,而 且它的临界电流、临界磁场和相干长度均较大,这些特点使 C60超导体更有望实用化。这种材料已展现了机械、光、电、
4、磁、化学等多方面的新奇特性和应用前景。有人预言巨型C240、 C540合成如能实现,还可能成为室温超导体。,5,二.相关参量和基本性质 .相关参量 临界温度 (TC) :外磁场为零时超导材料由正常态转变为超导态(或相反)的温 度 。TC值因材料不同而异 ,如钨的转变温度为0.012K,锌为0.75K,铝为 1.196K,铅为7.193K。 临界磁场(HC) :使超导材料的超导态破坏而转变到正常态所需的磁场强度 。 临界电流(IC):使超导态破态而转变为正常态所需的通过超导材料的电流。 临街电流密度(JC):单位面积的临界电流。 超导材料在同时满足TC、HC、JC 的条件下方可表现出超导态。对于
5、超导材料来说,这三个参数的值越大越好。,6,7,基本性质 零电阻性:超导材料处于超导态时电阻为零 。 原因:超导电子Cooper对的关联效应,完全抗磁性(迈斯纳效应 ):在临界温度TC以下处在外磁场中的材料内部磁场强度为零 。 原因:BCS理论认为,正是由于超导电子Cooper对的关联效应,使外磁场很难进入,从而导致了迈斯纳效应,8,Josephson效应(Cooper对的隧道效应) 对于超导体-绝缘层-超导体互相接触的结构(S-I-S结构),当绝缘层的厚度只有几十埃 时,超导体内的电子对就有可能穿透绝缘层势垒形成电流,而隧道结两端没有电压即 绝缘层也成了超导体。此时发生的量子力学隧道效应称为
6、“Josephson效应。,同位素效应 超导体的临界温度TC与其同位素质量M有关。M越大,TC越低,这称为同位素效应,其中M与TC有这样一个关系: TCM1|2 =常数 例如,原子量为199.55的汞同位素,它的TC是4.18K,而原子量为203.4的汞同位素, TC为4.146K。,当通以低于临界电流值IC时,在绝缘薄层上的电压为 零,但当电流IIC时,会从超导态转变为正常态,出现 电压降,呈现有阻态,这种器件具有显著的非线性电 阻特性,可制成高灵敏度的磁敏感器件,应用在超 高速计算机等场合。,9,三、超导理论简介 现代超导微观理论即BCS理论认为: 电子通晶格相互作用,在常温下形成导体的电
7、阻,但在超低温下,这种相互作用是产 生电子对(Cooper电子对)的原因。温度越低,所产生的这种电子对越多。超导电子 对不能互相独立的运动,只能以关联的形式作集体运动。当某一电子对受到干扰时, 就要涉及到这个电子对所在空间范围内的所有其他电子对。这个空间范围内的所有电 子对,在动量上彼此关联成为有序的集体。因此,超导电子对在运动时,就不像正常 电子那样,被晶体缺陷和晶格振动散射而产生电阻,从而呈现电阻消失的现象。 超导理论能较好的说明超导现象和第一类超导体的性质,但是尚不能完满解决完全抗 磁性的问题,随着超导材料的发展,BCS理论出现很多不足,超导理论尚不成熟。,10,四.超导材料分类 超导材
8、料包括的材料大类:常规超导体(如铌钛合金)高温超导体(如YBa2Cu3O7-x)、非晶超导材料、复合超导材料(如超导线带材料)、重费米子超导体(如 CeCu2Si2)有机超导材料(如富勒烯等),按临界转变温度来分 1.低温超导材料 具有低临界转变温度(TC30K在液氦温度条件下工作)的超导材料,分为金属、合金和化合物 。在常压下有28中元素具有超导特性,其中铌和铅在实际中应用较广.合金系低温超导材料是以为基的二元或三元合金组成的相固溶体,TC在9K以上。如铌锆合金,铌钛合金。超导化合物有如Nb3Sn ,V3Ga 等。 2.高温超导材料 具有高临界转变温度(TC77K)在液氮温度条件下工作的超导
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 超导 材料
链接地址:https://www.31doc.com/p-2920555.html