固体物理学-专题8：超导.pptVIP

（3）BCS理论的主要结论超导转变温度超导能隙可以解释同位素效应超导凝聚能临界磁场四、约瑟夫孙((Josephson)效应1.超导体和正常金属S-I-M结2.两个相同超导体间的隧道效应3.约瑟夫孙效应约瑟夫孙从微观理论得到的方程。它是描述约瑟夫孙量子干涉效应的基础。(1)直流约瑟夫孙效应外电压V=0时，表明电流能够穿过绝缘层并不引起电压降。夹在两块超导体之间的绝缘层好像也具有了超导电性。约瑟夫孙预言了这一现象几个月之后，安德森(P.W.Anderson)和洛韦尔(J.M.Rowell)测量了约瑟夫孙结的电流-电压特性，证实了这一预言。a.当结两端施加恒定电压V，则两侧的波函数位相差为(2)交流约瑟夫森效应超导电流密度为当直流电压加在约瑟夫孙结两端时，就会有频率为交流电产生。超导电流密度为b.用频率为ω1的微波辐射处于直流电压V的约瑟夫孙结，此时结两端的电压为出现台阶这是由于交变的超导电流，自身产生的电磁场对该交变电流进行频率调制，从而产生直流分量的结果。这种台阶通常被称为自感台阶或菲斯克台阶。菲斯克的实验为约瑟夫森理论预言的正确性提供了有力的实验证据。由两个约瑟夫孙结用超导通路并联组成的环结构，此结构称为超导量子干涉器，简称SQUID(由superconductingQuantumInterferenceDevice缩写而成)4.超导量子干涉器没有外磁场时，约瑟夫孙的结面上各点的超导电子波函数的位相是一样的。加磁场后，结平面各点上的波函数位相不一样了。通过这些位置的超导电流也有不同的位相，这些通过不同位置的超导电流是相干的。它们迭加起来得到衍射的结果，如图8.23所示。当外磁场垂直于环面也就是平行于结面时，总电流为分辨率高达10-11～10-13特斯拉用超导量子干涉器件能制成精度极高的超导磁强计，它能测量弱到10－15T的磁场。因而具有广泛的用途。例如：利用超导磁强计可以进行脑磁场的测量与分析（人脑磁场为10－12－10－13T，能完全无害的从头外记录大脑活动的磁信号；也可以用来监视以及的活动和功能（人体的心磁场为10－10T），从而可以获得清晰度与现代医学上用的心电图相近的心磁图；还可以用于大地测量，潜艇探测等。约瑟夫孙效应除了可以做成SQUID外，有很多用途。例如：结两端的电压在超导态为零，在正常态为V，这两个不同的状态可以表示0和1，从而可以做计算机元件，这两个态之间的转换只需8×10－8秒，用它组成的双稳态的翻转时间比用晶体管的要小得多，日本早在1989年研制出第一台约瑟夫森计算机，运算速度就达10亿次，功耗公为普通计算机的千分之一。五、高TC氧化物超导体1.高温超导体的发现1986年4月，由于瑞士物理学家缪勒(K.A.Müller)和联邦德国物理学家柏诺兹(J.G.Bednorz)发表了他们的杰出工作，他们宣布了一种钡-镧-铜-氧的四元氧化物超导体中观察到了高于30K的转变温度，可能是一种新的超导体。为了表彰缪勒和柏诺兹在超导方面的杰出贡献，1987年10月14日，瑞典皇家科学院宣布，将1987年度的诺贝尔物理学奖授予缪勒和柏诺兹。图8-261986年12月15日，美国休斯顿大学的朱经武等人在论文中报告，他们在La-Ba-Cu-O系统中，发现了40.2K的超导转变。1986年12月30日，美国的朱经武等人在送交《科学》杂志的论文中报告，他们在La-Ba-Cu-O系统中又观察到了52.5K的超导转变。12月26日，中国科学院物理研究所的科学家宣布，获得了转变温度为48.6K的超导材料，并对少数样品在70K左右观察到有超导迹象。样品是Sr-La-Cu-O，70K左右出现超导迹象的样品是Ba-La-Cu-O。1987年2月24日，中国科学院举行中外记者新闻发布会，宣布中国科学院物理研究所赵忠贤、陈立泉等13名研究人员，获得了液氮温区的超导体，并公布了材料的成分是Y-Ba-Cu-O。起始转变温度在100K以上，出现零电阻的温度是78.5K。就这样，人们终于实现了获得液氮温区超导体的多年梦想。1988年12月，中国科学技术大学报道了(BiPbSb)SrCaCuO的零电阻转变温度为132K。1988年2月18日，日本科学技术厅金属材料研究所制备出了不含钇的非稀土类新体系(Bi-Sr-Ca-Cu-O)高温超导体.1988年3月4日，日本科学技术厅金属材料研究所和中国北京大学几乎同时制出零电阻温度达92K～93K的Y-Ba-Cu-O超导体。19