本讲目的 与超导电现象有关的基本概念? *借助于澄清以下几个概念展开 #超导体不是理想导体→ Meissner效应 # Cooper对→超导机制 #超导能隙→拆散 Cooper,对所需能量 http:/10.107.0.68/igchel 起导电性
http://10.107.0.68/~jgche/ 超导电性 1 本讲目的 • 与超导电现象有关的基本概念？ * 借助于澄清以下几个概念展开 超导体不是理想导体Meissner效应 Cooper对超导机制 超导能隙拆散Cooper对所需能量
第32讲、专题:超导电性 Ⅰ.传统超导现象及其微观理论 低温超导现象 临界温度、电流、磁场 超导体是否理想导体? Meissner效应 3. Cooper对 超导能隙 4. Josephson效应 I.铜氧化物高温超导 氧化物超导的发现 2.结构共性与超导电性 hmp:10.107.0.68 inche 起导电性
http://10.107.0.68/~jgche/ 超导电性 2 第32讲、专题：超导电性 I. 传统超导现象及其微观理论 1. 低温超导现象 • 临界温度、电流、磁场 2. 超导体是否理想导体？ • Meissner效应 3. Cooper对 • 超导能隙 4. Josephson效应 II. 铜氧化物高温超导 1. 氧化物超导的发现 2. 结构共性与超导电性
、传统超导现象及其微观理论 1911年,HK. Onnes(1913得诺贝尔奖) 1957-F, J. Bardeen, L N Cooper and J.R Schrieffer(BCS理论,1972得诺贝尔奖) 1962年,B.D. Josephson(1973得诺贝尔奖) hmp:10.107.0.68 inche 起导电性
http://10.107.0.68/~jgche/ 超导电性 3 I、传统超导现象及其微观理论 • 1911年, H. K. Onnes (1913得诺贝尔奖) • 1957年, J. Bardeen, L. N. Cooper and J. R. Schrieffer (BCS理论，1972得诺贝尔奖) • 1962年, B. D. Josephson (1973得诺贝尔奖)
、低温超导现象 关于低温时金属电阻的推测 R 1.如完全来源于电子一声子散 射,极低温时T下降 2.如来源于杂质、缺陷散射, 则电阻与温度无关趋于常数 3.如金属中载流子浓度随T下降 而减少,则电阻反而上升 但1911年 Onnes发现,在临界 温度T=415K以下,汞进入 了一个新的状态:电阻为 零,或,电流一旦建立,永 不衰减→他称其为超导态 T http://10.107.0.68/jgche/ 起导电性
http://10.107.0.68/~jgche/ 超导电性 4 1、低温超导现象 关于低温时金属电阻的推测 1. 如完全来源于电子—声子散 射，极低温时T5下降 2. 如来源于杂质、缺陷散射， 则电阻与温度无关趋于常数 3. 如金属中载流子浓度随T下降 而减少，则电阻反而上升 • 但1911年Onnes发现，在临界 温度Tc=4.15K以下，汞进入 了一个新的状态：电阻为 零，或，电流一旦建立，永 不衰减他称其为超导态 T R
Ones发现超导现象 与新技术有密切联系 .15 *1908年荷兰物理学家 Onnes成功液化氦气, 0.125 T<42K,开创了低温物 0.10 理研究 1911年 0075 *为观察杂质电阻,选择 当时可提纯最高的水银a00 *发现415K附近水银电阻0025 突然消失 *这条曲线是可逆 404.14.2434.4 * Onnes因此而获1913年 Temperature Kelvin 的 Nobel物理类 http://10.107.0.68/jgche/ 起导电性
http://10.107.0.68/~jgche/ 超导电性 5 Onnes发现超导现象 • 与新技术有密切联系 * 1908年荷兰物理学家 Onnes成功液化氦气， T<4.2K，开创了低温物 理研究 • 1911 年 * 为观察杂质电阻，选择 当时可提纯最高的水银 * 发现4.15K附近水银电阻 突然消失 * 这条曲线是可逆 * Onnes因此而获1913 年 的Nobel物理奖
随后的研究表明「材料」T4K材料「I *很多金属都有这 Sn 372|Nb2Ge23.2 种性质:有28种 239Nb,Ga20.3 元素在常压下具 340Nb2Sn18.05 有超导电性,但 Al 1.14Nb2Al17.5 并不排除在更低 温下,其他元素 Hg 4.15 NaBi 4.25 也有 Cd 0.56AuBe264 *室温下是半导 Ti 0.39PdSb2125 体,低温时也有 nb 9.26 TiCo 0.71 超导电性质,且 Zn 转变温度比纯金 0.88AuSb20.58 属高 Ga 340ZrAl,0.30 *但Au、Ag、Cu Ta 448Mo2Ir8.8 等良导体没有 Pb 7.19 60 19.2 http:/10.107.0.68/igchel Tc 777 NbN 16.0
http://10.107.0.68/~jgche/ 6 • 随后的研究表明 * 很多金属都有这 种性质：有28 种 元素在常压下具 有超导电性，但 并不排除在更低 温下，其他元素 也有 * 室温下是半导 体，低温时也有 超导电性质，且 转变温度比纯金 属高 * 但Au 、Ag 、Cu 等良导体没有 Ta 4.48 Mo 3Ir 8.8 Pb 7.19 C60 19.2 Tc 7.77 NbN 16.0 Ga 3.40 ZrAl 2 0.30 Zn 0.88 AuSb 2 0.58 Nb 9.26 TiCo 0.71 Ti 0.39 PdSb 2 1.25 Cd 0.56 AuBe 2.64 Hg 4.15 NiBi 4.25 Al 1.14 Nb 3Al 17.5 In 3.40 Nb 3Sn 18.05 Tl 2.39 Nb 2Ga 20.3 Sn 3.72 Nb 3Ge 23.2 Tc 材料 Tc/K 材料 /K
蓝:标准条件;绿:高压下 KNOWN SUPERCONDUCTIVE ELEMENTS A IYA YA IAⅦAHe 2 Li Be-BLUE=AT AMBIENT PRESSURE B「c|N|o|F|Ne GREEN= ONLY UNDER HIGH PRESSURE 3 Na Mg WB IYB VB VIB VB IB B SiIPSCIAr k CaI Sc Ti Y Cr Mn Fe co Ni Cu Zn Ga Ge As I Se Br Kr 5 Rb SrY Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag cd In Sn sbTe Xe 77787980 6 Cs Ba *La Hf I Ta w Re Os Ir Pt Au Hg Pb Bi Po At Rn 878889104105106107108109110111112 7Fr|Ra+ Ac Rf Ha1061010g10911011112 SUPERCONOUCTORS ORG ★ Lanthanide58 60616263646566768697071 Series ce Nd Sm Eu Gd tb Dy Ho Er Tm YbLu +Actinide 9119293941959619798991001101102103 Series Th Pa U Npl Pu Am cm Bk Cf Es Fm Md No Li
http://10.107.0.68/~jgche/ 超导电性 7 蓝：标准条件；绿：高压下
临界温度、电流、磁场 既然没有电阻, Critical current 那就可具有很大 的电流呢? 100 不!临界直流电 10 流 Critical Current *超过临界电流, 10 超导态被破坏, 转入正常态 为什么? 2345578910 是被电流自身产 Amperes 生的磁场所破坏 http:/10.107.0.68/igchel 起导电性
http://10.107.0.68/~jgche/ 超导电性 8 临界温度、电流、磁场 • 既然没有电阻， 那就可具有很大 的电流呢？ • 不！临界直流电 流 * 超过临界电流， 超导态被破坏， 转入正常态 • 为什么？ • 是被电流自身产 生的磁场所破坏
临界温度,临界电流,临界磁场相图 Critical Surface Phase Diagram hmp:10.107.0.68 inche 起导电性
http://10.107.0.68/~jgche/ 超导电性 9 • 临界温度，临界电流，临界磁场相图
I类和I类超导体 若将磁场加大 到一临界值 Type I Superconductor 时,磁场会突 然进入超导体評 内部,从而破 State 坏了超导态 大部分纯金属 Superconducting State 属第一类超导 体 签罗 *H较低,使用 Applied Magnetic Field 价值不大 http://10.107.0.68/jgche/ 起导电性
http://10.107.0.68/~jgche/ 超导电性 10 I类和II类超导体 • 若将磁场加大 到一临界值 时，磁场会突 然进入超导体 内部，从而破 坏了超导态 • 大部分纯金属 属第一类超导 体 * Hc较低，使用 价值不大