传统超导的基本性质及理论.docVIP

10届 　 分 类 号: 　　　　　　　　　　　　　　　　　 单位代码:10452 临沂师范学院理学院 毕业论文（设计） 传统超导的基本性质和理论 零电阻效应? 零电阻是超导体的一个最基本的特性。图3-1是金属电阻与温度的关系曲线，在TTc时，R与T成直线关系。当温度降低时，这种线性关系会失去，从而出现偏离线性的情况。当T达到临界温度Tc时，电阻R突然变为零。由经典理论可知，金属中的电阻是由晶格热振动对自由电子定向漂移的散射所引起的。金属原子容易失去其外层电子而变成带正电的离子，这些离子在金属中有规则地呈周期性排列，形成晶格。在晶格中，正离子只能在平衡位置附近作热振动。当自由电子在外电场作用下进行定向运动时，自由电子各向同性的热运动与沿电场力方向的定向运动就叠加在一起，称为定向漂移。定向漂移的电子将和作热振动的正离子发生碰撞。碰撞中，产生两个结果：一是自由电子在碰撞时把定向漂移的能量传给正离子，使正离子的热振动加剧；二是自由电子在碰撞中，改变了原运动方向，被称为散射。我们可以用日常观察到的碰撞来说明这种散射及能量交换效果。当你观察台球运动时，常会看到图3-2所示的情况：球A与球B碰撞后，改变了自己原来的运动方向。如果A、B两球的质量相等，且B球开始静止不动，则当A与B正碰时，球A将变为静止，球B则以A球的入射速度前进，如图3-3所示，球A将自己的运动能全部交给了球B。在金属中，正是类似的效果使自由电子的定向漂移受到阻碍，通常讲的金属中的电阻指的就是这个意思。什么时候电阻才可能为零呢？按照经典理论，只有当温度T=0K，即为绝对零度时晶格才停止热振动，不再散射电子，电阻才为零，我们称此理论为零温零电阻论。在较高温度时，电阻与温度成直线关系，于是由经典理论应得到图3-4所示的R-T直线。显然用这条直线是无法解释超导的非零温零电阻现象的。　戈特和H·B·G·卡西米尔根据以上结果于1934年提出了超导态的二流体模型，认为超导态比正常态更为有序是由共有化电子（见能带理论）发生某种有序变化所引起，并假定：超导体处于超导态时，共有化电子可分成正常电子和超导电子两种，分别构成正常流体和超导电子流体，它们占有同一体积，彼此独立地运动，两种流体的电子数密度均随温度而变。正常流体的性质与普通金属中的自由电子气相同，熵不等于零，处于激发态。正常电子因受晶格振动的散射而会产生电阻。超导电子流体由于其有序性而对熵的贡献为零，处于能量最低的基态。超导电子不会受晶格散射，不产生电阻。超导态的有序度可用有序参量ω（T）=Ns（T）/N表示，N为总电子数，Ns为超导电子数。TTC时，无超导电子，ω=0；ΤTc时开始出现超导电子，随着温度T的减小，更多的正常电子转变为超导电子；T=0K时，所有电子均成为超导电子，ω=1。根据上述二流体模型可解释许多与超导电性有关的实验现象。　　摘 要 自1911年初次发现超导电现象以后,由于它的一系列非同寻常的性质,长期以来成为物理学中的热点研究课题.它极大的推动了低温物理学的发展.几十年来,人们在越来越多的物质中发现了超导电现象,总结了关于超导电的基本现象和规律,找到了产生低温超导电现象的主要原因,并且建立了低温超导的微观理论.本文将简单介绍一下低温超导的基本现象和理论. 关键词：London 方程；金兹堡—朗道理论；BCS理论；第二类超导体ABSTRACT Since the discovery of the phenomenon of superconductivity in 1911, it has long been a hot research topic in physics for it’s a series of unusual properties. It has a great impact on the development of low temperature physics. For decades, superconductivity was discovered in more and more materials, physicists summed up the basic phenomena and rules of superconductivity and found the main reason for the traditional (low-temperature) superconductivity, and established the micro-theory of low-temperature superconductivity. In this paper, we brie