超导(中科院)详解.ppt

第二章 超导材料;超导电性的发现 ;自超导电性发现以来，经过70多年的努力，常规超导体临界温度只能提高到23K。 1986年初，物理学家Mueller和Bednorz发现了高温铜氧化物超导体La2-xBaxCuO4，超导临界温度达40K。 1987年2月，美国华裔科学家朱经武和中国科学家赵忠贤相继在钇（YBa2Cu3O7）系材料上把超导临界温度提高到90K以上，液氮的禁区（77K）也奇迹般地被突破了。 1987年底，Tl-Ba-Ca-Cu-O系材料又把临界超导温度的记录提高到125K。 随后, 高温超导迅速提高。;;超导性质和相关理论;零电阻效应 临界温度: 电阻突然消失的温度被称为超导体的临界温度Tc。超导临界温度与样品纯度无关，但是越均匀纯净的样品超导转变时的电阻陡降越尖锐。 B)临界磁场: 超导电性可以被外加磁场所破坏, 对于温度为T (TTc)的超导体, 当外磁场超过某一数值Hc (T)的时候，超导电性就被破坏了，Hc (T)称为临界磁场。在临界温度Tc，临界磁场为零。Hc(T)随温度的变化一般可以近似地表示为抛物线关系:;C) 临界电流: 在不加磁场的情况下，超导体中通过足够强的电流也会破坏超导电性, 导致破坏超导电性所需要的电流称作临界电流Ic(T)。在临界温度Tc，临界电流为0。 临界电流随温度变化的关系有：;超导与温度、电流密度和磁场的关系;完全抗磁性 1933年，德国物理学家迈斯纳和奥森菲尔德对锡单晶球超导体做磁场分布测量时发现，在小磁场中，把金属冷却到超导态时，超导体内的磁通线全部被排斥出去，保持体内磁感应强度B等于零，超导体的这一性质被称为迈斯纳效应。超导体内磁感应强度B总是等于零，即，金属在超导电状态的磁化率为：;;超导体的两个重要特性： 零电阻和完全抗磁性 ;超导基本理论;传统超导体的超导电性理论; (3) 超流电子处在一种凝聚状态，即某一低能态，所以超导态是比正常态更加有序的状态。这个假设的依据是：超导态在H＝Hc 的磁场中将转变为正常态，而超导态的自由能要比正常态低 ?0Hc2V/2 (V是超导材料的体积)。超导态的电子不受晶格散射，所以超流电子对熵没有贡献。; 伦敦电磁学方程;1935年，伦敦兄弟在二流体模型的基础上，提出两个描述超导电流???电磁场关系方程，与麦克斯韦方程一起构成了超导体的电动力学基础。;描述一般导体： Maxwell方程+欧姆定律 欧姆定律对于超导体适用吗？如何描述超导体呢？ ;伦敦第一方程的提出: 从欧姆定律出发; ;伦敦第二方程的提出;从伦敦方程出发得到：迈纳斯效应和穿透深度 ;若取 ;实验表明：处于外磁场中的超导体内并不是完全没有磁场，实际上外磁场可以穿透到超导体表面附近很薄的一层。 与伦敦方程预言一致。;Ginzberg-Landau 理论;1950年，京茨堡和朗道在二级相变理论的基础上提出了超导电性的唯象理论，简称GL理论。 GL理论把二级相变理论应用于正常态与超导态的相变过程，其独到之处是引进一个有效波函数ψ作为复数序参量。 ｜ψ｜2 代表超导电子密度。;二级相变理论的基础：三个基本假设;对于第二点假设， GL令：;如何得到GL方程？;如何得到GL方程？;可以得到GL近似解的情况;对GL方程的讨论：弱场下GL方程和London方程等价;对GL方程的讨论：唯象的GL方程形同于微观的Schrodinger方程 ;对GL方程的讨论：唯象的GL方程形同于微观的Schrodinger方程 ;对GL方程的讨论：相干长度的概念 ;对GL方程的讨论：相干长度的概念 ;对GL方程的讨论：由 GL方程得到磁通量子化;对GL方程的讨论：由 GL方程得到磁通量子化;对GL方程的讨论：由 GL方程得到磁通量子化; 二流体模型，伦敦方程和金兹堡-朗道理论作为唯象理论在解释超导电性的宏观性质方面取得了很大成功，然而这些理论无法给出超导电性的微观图像。 20世纪50年代初，同位素效应、超导能隙等关键性的发现提供了揭开超导电性之谜的线索。 从微观机制上去理解超导电性是在1957年由约翰·巴丁、里昂·库珀和罗伯特·施里弗提出BCS理论后。他们分享了1972年的诺贝尔物理学奖。; 1950年麦克斯韦和雷诺各自独立地测量了水银同位素的临界转变温度，结果发现：随着水银同位素质量的增高，临界温度降低。对实验数据处理后得到原子质量M和临界温度Tc的简单关系：; 离子质量M反映了晶格的性质，临界温度Tc反映了电子性质，同位素效应把晶格与电子联系起来了。 描述晶格振动的能量子称之为声子，即，同位素效应指出：电子-声子的相互作用与超导电性有密切关系。 实验事实： 导电性良好的碱金属和贵金属都不是超导体。 常温