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超导材料及应用 许 祝 安 浙江大学凝聚态物理所 Tel: 0571 Email: zhuan@zju.edu.cn 主要内容 超导体的基本知识 超导研究的历史 高温超导体的发现和特性 超导材料的应用 一、超导体的基本知识 1、超导体的零电阻特性 电阻为零 R=0 （Superconductor） 1911年荷兰科学家Onnes观测到Hg的电阻在4.2K突然下降为零,首次发现了超导现象。 超导环中的永久电流实验：r?10-23W.cm 卡末林·昂内斯H. Kamerlingh-Onnes (1853--1926) 1913年， 诺贝尔物理学奖， 因对物质低温性质的 研究和液氦的制备 而获奖。 R=0 in superconductor TC：超导临界温度， TTC, R=0 高温超导体YBCO的电阻-温度曲线 2. Meissner效应 Meissner效应(完全抗磁性, 理想抗磁性) 磁感应强度 B=0 (超导体内) Meissner 和 Ochsenfeld 1933年发现 和理想导体不同 存在一临界磁场 H HC 超导态?正常态 完全抗磁性 　置于外磁场中的超导体会表现出完全抗磁性，即超导体内部磁感应强度恒为零的现象—称为“迈斯纳效应” Meissner 效应 由于Meissner效应， 磁铁和超导体之间 存在很强的排斥作用， 磁悬浮 右图： 小磁体悬浮在超导体上。 磁悬浮演示 磁悬浮列车 3. 表征超导体的重要物理量 超导临界温度：Tc ~ 165 K, record 临界磁场：Hc 穿透深度：?，磁场在超导体表面穿透进入超导体的深度，~ 10 –100 nm 相干长度：?，电子配对（Cooper对）的尺寸， ~1-50nm 临界电流：Jc，最大能通过的电流 超导能隙：?，超导态（基态）与激发态的能量差，或者说，破坏一个Cooper对需要2 ?的能量 Ginzburg-Landau参量：? = ?/ ? 4. Josephson(约瑟夫森)效应 F0=2x10-7Gauss/cm2 超导量子干涉仪 (SQUID) F0=2x10-7Gauss/cm2 5、超导理论： Bardeen、Cooper、Schrierfer理论（BCS理论） 1986年发现的铜氧化物超导体的超导电性不能用BCS理论解释 6、超导体的分类 I 类超导体： Pb, Sn, Hg等单质金属 B?Bc 超导态?正常态 Bc 一般很小, 中间态概念 I?Ic 超导态?正常态 Ic 一般很小 (通常无用) 第一类超导体 在超导态是理想的 抗磁体 (Meissner态)。 HC：临界磁场 当HHC, 转变为正常态 一些元素的超导临界温度 Pb 7.2 K La 4.9 K Ta 4.47 K Hg 4.15 K Sn 3.72 K In 3.40 K Tl 1.70 K Rh 1.697 K Pr 1.4 K Th 1.38 K Al 1.175 K Ga 1.10 K Ga 1.083 K Mo 0.915 K Zn 0.85 K Os 0.66 K Zr 0.61 K Am 0.6 K Cd 0.517 K Ru 0.49 K Ti 0.40 K U 0.20 K Ha 0.128 K Ir 0.1125 K Lu 0.1 K Be 0.026 K W 0.0154 K Pt 0.0019 K Rh 0.000325 K 已知的超导元素 超导体的分类 第II类超导体 两个临界磁场 HC1、 HC2 H?Hc1 Meissner态，完全