n超导电流与BCS理论.PPTVIP

超导电力基础 2013年10月 - 12月 唐 跃 进、任丽、石晶 邮箱：tangyj@mail.hust.edu.cn 超导的基本特性： 零电阻 麦斯纳效应——完全反磁性 其他特性： 比热跳跃、红外吸收、同位素效应 约瑟夫森效应、等等 超导体的判据 具备上述两个性质即可具有下面的特性： 超导电力 二、超导现象与基础理论 复习 科技工作启示录： 冲击极限条件 —— 获得4.2K的低温 转换研究方向 —— 探索低温电阻特性 设计新颖实验 —— 验证零电阻 寻找新的特性 —— 迈斯纳效应 探索应用途径 —— 三个临界值 超导电力 二、超导现象与基础理论 复习 1、寻找、发现新的超导体 2、解释超导现象的发生机理 3、深入了解超导体的各种特性 4、将超导体付诸实际应用 第1、3章 第2、3章 第2、3、4章 第5、6、7、8、9章 超导电力 二、超导现象与基础理论 2、解释超导现象的发生机理 第2、3章 超导电力 二、超导现象与基础理论 超导电力 二、超导现象与基础理论 理解的基础：电阻是怎样产生的？ 超导电力 二、超导现象与基础理论 从现象开始：零电阻需要什么电子？ 从假设开始：有无损（超导）电子会怎么样？ 追究其根源：无损（超导）电子是如何形成的？ 2.2 超导电流表达式 2.5 超导微观理论 补习：电阻的产生机理 美国，龙卷风的多产国 下面的课程： 尽可能地理解为什么会产生超导现象 物理、数学、电磁场的龙卷风 龙卷风的特色： 打击确实严重！ 损害限于局部！ 超导电力 二、超导现象与基础理论 2.2 超导电流表达式 1）复习：导体的电阻 2）二流体模型下的电流表达式 3）经典电磁理论下的电流表达式 4）量子力学波动函数下的电流表达式 超导电力 二、超导现象与基础理论 数学表达是对自然界理解的最高形式！ 能用数学表达式准确描述一个实验得出的物理现象，就表明我们已经真正理解了该现象的本质。 超导电力 二、超导现象与基础理论 在没有外加电场的状态下，运动方向是随机的，自由电子在运动中和结晶格子反复碰撞而散乱，从外部看，没有电流存在。 金属中的自由电子在结晶中运动——热运动 结晶格子 自由电子 碰撞后自由电子 2.2 超导电流的表达式 1） 导体的电阻 由于存在热运动，自由电子的运动会因和结晶格子碰撞而发生散乱，从而损失能量。 ——这种能量损耗 就是电阻 在电场作用下，电子运动具有方向性 方向性的运动产生宏观上的电流 I。 结晶格子 自由电子 碰撞后自由电子 2.2 超导电流的表达式 1） 导体的电阻 电流的本征定义？ 电流多大？ 2.2 超导电流的表达式 1） 导体的电阻 电子受电场作用而产生的加速度为 假设在x方向上电子的平均速度为Vx, 电流等于每秒通过某一界面的电荷数。 假设自由电子密度为n，则 2.2 超导电流的表达式 1） 导体的电阻 产生电阻的原因 晶格的热振动 晶格缺陷(杂质、错位、缺位等) 欧姆定律 σ为物质的导电率，m为电子的质量 金属电阻率 2.2 超导电流的表达式 1） 导体的电阻 以 对应因晶格热振动而造成的散乱， 以 对应其他晶格缺陷造成的散乱 由经典的电子理论可得到 由量子力学的理论，一般的电阻率表达形式为： 2.2 超导电流的表达式 1） 导体的电阻 2.2 超导电流表达式 1）复习：导体的电阻 2）二流体模型下的电流表达式 3）经典电磁理论下的电流表达式 4）量子力学波动函数下的电流表达式 超导电力 二、超导现象与基础理论 电流是带电粒子的移动，只能是电子导电 常态电子因碰撞而散乱，产生电阻 超导态没有电阻 已知： 超导电子是否存在，是怎样形成的？ 未知： 超导体内存在常态电子和超导电子 超导电子不发生散乱 —— 无能量损耗 假设： 遇到无法解释的现象时利用科学假设，绕过前进的障碍！ 背景 2.2 超导电流的表达式 2） 二流体模型下的电流表达式 超导体内存在与常态电子+超导电子 电流由超导电子和常态电子共同承载。 常态电子 存在散乱，承载常态电流 ， 超导电子 不发生散乱，承载超导电流 。 超导体中的电流是常态电流和超导电流的和。 假设： 2.2 超导电流的表达式 2） 二流体模型下的电流表达式 常态电子和超导电子的质量、电荷量以及运动速度分别为 、 、 和 、 、 。 考虑单位面积上的电流， 2.2 超导电流的表达式 2） 二流体模型下的电流表达式 另一方面，电荷量为e的带电粒子在电磁场中的运动方程为 m、v和 分别是带电粒子质量、运动速度