四、超导敏感材料 /986 1.概述 R(S 0.15 >1908年，荷兰物理学家卡末林·昂内斯 0.125 Hei-ke Kamerlingh Onnes,1853- Hg 1926)首次液化了氦气。人们第一次达到 0.10 了当时地球上的最低温度，大约4.2K左右。 0.075 >1911年卡末林·昂内斯在研究极低温度下 金属导电性时发现，当温度降到4.2K时， 0.05 汞的电阻率突然降低到接近于零。这种现 0.025 象称为汞的超导现象。 4.0 4.1 4.2 4.3 4.4 T(K) 电子科技大学敏感材料与传感器课程组制作
1. 概述 Ø 1908年，荷兰物理学家卡末林·昂内斯 ( Hei-ke Kamerlingh Onnes，1853－ 1926 )首次液化了氦气。人们第一次达到 了当时地球上的最低温度，大约4.2 K左右。 Ø 1911年卡末林·昂内斯在研究极低温度下 金属导电性时发现，当温度降到4.2K时， 汞的电阻率突然降低到接近于零。这种现 象称为汞的超导现象。 四、超导敏感材料
四、超导敏感材料 /986 海克·卡末林·昂内斯(Heike Kamerlingh0nnes,1853~1926) 荷兰物理学家 卡末林由于他的这一发现获得了1913年诺贝尔奖 电子科技大学敏感材料与传感器课程组制作
卡末林由于他的这一发现获得了1913年诺贝尔奖 海克·卡末林·昂内斯（Heike Kamerlingh Onnes，1853～1926） 荷兰物理学家 四、超导敏感材料
四、超导敏感材料 1.概述 ●超导电现象：材料的电阻随温度降低而减小并最终出现零电阻的现象。 ●超导体：低于某一温度出现超导电性的物质。 >超导现象引起了各国科学家和学者的关注，超导方面的研究也随之突飞 猛进，逐渐发现了超导现象的各种特性，这其中包括零电阻效应、完全 抗磁性效应(Meissner效应)、二级相变效应、单电子隧道效应、约瑟夫 逊(Josephson)效应. >超导的相关研究广受关注 电子科技大学敏感材料与传感器课程组制作
l 超导电现象：材料的电阻随温度降低而减小并最终出现零电阻的现象。 l 超导体：低于某一温度出现超导电性的物质。 Ø 超导现象引起了各国科学家和学者的关注，超导方面的研究也随之突飞 猛进，逐渐发现了超导现象的各种特性，这其中包括零电阻效应、完全 抗磁性效应(Meissner效应)、二级相变效应、单电子隧道效应、约瑟夫 逊(Josephson)效应. Ø 超导的相关研究广受关注 1. 概述 四、超导敏感材料
四、超导敏感材料 好 /986 1.概述 ◆迈斯纳效应：当一个磁体和一个处于超导态的超导体相互靠近时，磁体 的磁场会使超导体表面中出现超导电流。此超导电流形成的磁场，在超 导体内部，恰好和磁体的磁场大小相等，方向相反。这两个磁场抵消， 使超导体内部的磁感应强度为零，即超导体排斥体内的磁场。 hpe-l 正常态 超导态 超导磁悬浮 电子科技大学敏感材料与传感器课程组制作
1. 概述 u 迈斯纳效应：当一个磁体和一个处于超导态的超导体相互靠近时，磁体 的磁场会使超导体表面中出现超导电流。此超导电流形成的磁场，在超 导体内部，恰好和磁体的磁场大小相等，方向相反。这两个磁场抵消， 使超导体内部的磁感应强度为零，即超导体排斥体内的磁场。 超导磁悬浮 四、超导敏感材料
四、超导敏感材料 986 1.概述 >临界温度(Tc)、临界磁场 （Hc)、临界电流J是约束超导现象的三大临 界条件；三者具有明显的相关性。超过任一临界条件，超导现象都将消 失。 只有当上述三个条件均不超过超导材料 正常态 本身的临界值时，才能发生超导现象 (由Tc、Hc,Jc形成的闭合曲面内为超 导态)。 T Be 2 B 超导态 超导体的临界转变点 电子料技大学敏感材料与传感器课程组 制行
Ø 临界温度（Tc）、临界磁场（Hc）、临界电流JC是约束超导现象的三大临 界条件；三者具有明显的相关性。超过任一临界条件，超导现象都将消 失。 • 只有当上述三个条件均不超过超导材料 本身的临界值时，才能发生超导现象 （由Tc、Hc，Jc形成的闭合曲面内为超 导态）。 1. 概述 四、超导敏感材料
四、超导敏感材料 好 986 1.概述 ◆BCS理论：金属中自旋和动量相反的电子可以配对形成所谓“库珀对”， 库珀对在晶格当中可以无损耗运动，形成超导电流 巴丁(J.Bardeen) 库珀(L.V.Cooper) 施里弗(J.R.Schrieffer) 电子科技大学敏感材料与传感器课程组制作
uBCS理论：金属中自旋和动量相反的电子可以配对形成所谓“库珀对” ， 库珀对在晶格当中可以无损耗运动，形成超导电流 巴丁（J.Bardeen） 库珀（L.V.Cooper） 施里弗（J.R.Schrieffer） 1. 概述 四、超导敏感材料
四、超导敏感材料 986 1.概述 ◆电子在晶格中移动时会吸引邻近格点上的正电荷，导致格点的局部畸变， 形成一个局域的高正电荷区 ◆这个局域的高正电荷区会吸引自旋相反的电子，和原来的电子以一定的 结合能相结合配对。 ◆在很低的温度下，这个结合能可能高于晶格原子振动的能量，这样，电 子对将不会和晶格发生能量交换，也就没有电阻，形成所谓“超导”。 电子科技大学敏感材料与传感器课程组制作
1. 概述 四、超导敏感材料 u电子在晶格中移动时会吸引邻近格点上的正电荷，导致格点的局部畸变， 形成一个局域的高正电荷区 u这个局域的高正电荷区会吸引自旋相反的电子，和原来的电子以一定的 结合能相结合配对。 u在很低的温度下，这个结合能可能高于晶格原子振动的能量，这样，电 子对将不会和晶格发生能量交换，也就没有电阻，形成所谓“超导”
四、超导敏感材料 超导材料 T。/K 986 Hg(a)） 4.15 1.概述 一 些超导材料 Pb 7.20 Nb 9.25 Cuprates Iron-based 00e0o00 superconductors V3Si 17.1 Nb:Sn 18.1 0o00 150 Hg2Ba2Ca2Cu3O8 Nb3Alo.7sGeo.25 20.5 03e03e00 100 YBa2Cu3O7A Nb:Ga 20.3 Nb:Ge 23.2 50 MgB●SmFeAsO1-xFx NbaSn Nb Ge 一-■。Ba1-K.Fe2As2 YBaCu:O7 90 Pb Hg La2-xBa,CuO4 LaFeAsO1-xFx Bi2Sr2Ca2Cu3O10 105 1900 1950 2000 Tl2Ba2Ca2Cu;010 125 Year Mater.Today,2018,21(3),p278 HgBaCa2Cu;Os 134 电子科技大学敏感材料与传感器课程组 制作
1. 概述 四、超导敏感材料 一些超导材料 Mater. Today, 2018, 21(3), p278
四、超导敏感材料 /986 2.约瑟夫逊结 ◆隧道效应： >经典力学中，若两个区域被一个势垒隔开，则只有粒子具有足够 的能量时，其才会从一个区域进入另一个区域。 >量子力学中，粒子具有足够的能力不再 是一个必要条件，一个能量不太高的粒 子也可能会以一定的概率“穿过”势垒， 即所谓的“隧道效应”。 电子科技大学敏感材料与传感器课程组 制作
u 隧道效应： Ø 经典力学中，若两个区域被一个势垒隔开，则只有粒子具有足够 的能量时，其才会从一个区域进入另一个区域。 2.约瑟夫逊结 Ø 量子力学中，粒子具有足够的能力不再 是一个必要条件， 一个能量不太高的粒 子也可能会以一定的概率“穿过”势垒， 即所谓的“隧道效应” 。 四、超导敏感材料
四、超导敏感材料 986 2.约瑟夫逊结 >约瑟夫逊效应：在两超导体间插入纳米量级的绝缘体，超导电流会从一块 超导体无阻通过绝缘层到另一块超导体。该现象称为约瑟夫逊效应；此超 导体/绝缘体/超导体结被称为约瑟夫逊结。 超导体1 超导体2 绝缘膜 (2~6nm) 超导电子对的长程相干效应产生隧道效应 电子科技大学敏感材料与传感器课程组制作
超导体 1 超导体 2 is 绝缘膜 （2～6nm） V I I0 In 0 Ø 约瑟夫逊效应：在两超导体间插入纳米量级的绝缘体，超导电流会从一块 超导体无阻通过绝缘层到另一块超导体。该现象称为约瑟夫逊效应；此超 导体/绝缘体/超导体结被称为约瑟夫逊结。 2.约瑟夫逊结 超导电子对的长程相干效应产生隧道效应 四、超导敏感材料