石河子大学师范学院物理系 近代物理实验讲义 超导体的零电阻特性在实验上是较难观察的，一个观测的最好办法是超导环中持续电流实验。它是 将一超导环先置于磁场中，然后冷却使之转变为超导态，然后撤去外场，这时在超导态的环中感生出 电流： I()=(O)cxp(Wt)其中t■L/R是电流衰减时间常数，L是环的自感，R是电阻。 对于正常金属：值很少，环内电流很快衰减为零：对超导环则情祝不同，电流衰减非常慢。这一衰减可 通过精密的核磁共振方法来测量超导电流形成的磁场的微小变化，从而推出摔减时间。在Nb5Zo,2s超 导环中得到的结果是衰减时间大于10万年，因此可以看成是零电阻。 本实验是基于零电阻特性，用点测法测量超导转变温度T©，从而对零电阻现象有一感性认识。具体 做法是使样品通一恒定电流，测量其阻值随温度变化，当温度降到T时阻值突然降到仪器分辨率不能检 测的情况，从而定出Tc。 2、完全抗磁性。当把超导体置于外加磁场时，磁通不能穿透超导体，而使体内的磁感应强度始终保持 为零(B=0),超导体的这个特性又称为迈斯纳(Meissner)效应。 超导体的这两个特性既相互独立又有紧密的联系，完全抗磁性不能由零电阻特性派生出来，但是零 电阻特性却是迈斯纳效应的必要条件。1933年迈斯纳在实验上发现，如果把处于外加磁场中的正常体冷 却到超导态时，磁场分布发生了变化，己穿透到样品内部的磁通将完全被排斥出来，其内部的磁感应强 度恒等于零。对于超导体，它在磁场中的行为仅仅取决于外加磁场和温度的具体数值，而与它如何达到 这些值的过程无关。就是说，超导态是确定的热力学状态，无论是先降温还是先加磁场，磁场都不能透 入超导体内部。 所以，完全抗磁性是独立于零电阻特性的另一个基础属性。超导体的完全抗磁性是由于表面屏蔽电 流（也称迈斯纳电流）产生的磁通密度在导体内部完全抵消了由外场引起的磁通密度，使其净磁通密度 为零，它的状态是唯一确定的。从超导态到正常态的转变是可逆的。 迈斯纳效应可以通过磁悬浮实验直观演示：当一个小的水久磁体放置到超导样品表面附近时，由于 永久磁体的磁通线不能进入超导体，在水久磁体与超导体之间存在的斥力可以克服磁体的重力，而使小 磁体悬浮在超导表面一定的高度。但高温超导体样品特征决定了它们具有非完全抗磁性。迈斯纳效应是 个直流效应，用磁悬浮实验可直观形象描述超导体的这种抗磁特性，因此磁悬浮是个很好的演示实验， 但它较难给出定量结果。为了知道一个样品是否具有抗磁性需要测量该样品的磁化强度M(或磁化率X) 随温度的变化关系。测量方法很多，有磁称法、振动样品磁强针及S0UD磁强计等，这些都是测量直流 磁化率Xc的方法，它们要求高，装置复杂。石河子大学师范学院物理系 近代物理实验讲义 超导体的零电阻特性在实验上是较难观察的，一个观测的最好办法是超导环中持续电流实验。它是 将一超导环先置于磁场中，然后冷却使之转变为超导态，然后撤去外场，这时在超导态的环中感生出一 电流： I（t）=I（0）exp(-t/τ)其中τ≡Ｌ／Ｒ是电流衰减时间常数，Ｌ是环的自感，Ｒ是电阻。 对于正常金属τ值很少，环内电流很快衰减为零；对超导环则情况不同，电流衰减非常慢。这一衰减可 通过精密的核磁共振方法来测量超导电流形成的磁场的微小变化，从而推出摔减时间。在Ｎb0.75Ｚr0.25超 导环中得到的结果是衰减时间大于１０万年，因此可以看成是零电阻。 本实验是基于零电阻特性，用点测法测量超导转变温度TC，从而对零电阻现象有一感性认识。具体 做法是使样品通一恒定电流，测量其阻值随温度变化，当温度降到TC时阻值突然降到仪器分辨率不能检 测的情况，从而定出TC。 ２、完全抗磁性。当把超导体置于外加磁场时，磁通不能穿透超导体，而使体内的磁感应强度始终保持 为零（Ｂ≡０），超导体的这个特性又称为迈斯纳（Ｍeissner）效应。 超导体的这两个特性既相互独立又有紧密的联系，完全抗磁性不能由零电阻特性派生出来，但是零 电阻特性却是迈斯纳效应的必要条件。1933 年迈斯纳在实验上发现，如果把处于外加磁场中的正常体冷 却到超导态时，磁场分布发生了变化，已穿透到样品内部的磁通将完全被排斥出来，其内部的磁感应强 度恒等于零。对于超导体，它在磁场中的行为仅仅取决于外加磁场和温度的具体数值，而与它如何达到 这些值的过程无关。就是说，超导态是确定的热力学状态，无论是先降温还是先加磁场，磁场都不能透 入超导体内部。 所以，完全抗磁性是独立于零电阻特性的另一个基础属性。超导体的完全抗磁性是由于表面屏蔽电 流（也称迈斯纳电流）产生的磁通密度在导体内部完全抵消了由外场引起的磁通密度，使其净磁通密度 为零，它的状态是唯一确定的。从超导态到正常态的转变是可逆的。 迈斯纳效应可以通过磁悬浮实验直观演示：当一个小的永久磁体放置到超导样品表面附近时，由于 永久磁体的磁通线不能进入超导体，在永久磁体与超导体之间存在的斥力可以克服磁体的重力，而使小 磁体悬浮在超导表面一定的高度。但高温超导体样品特征决定了它们具有非完全抗磁性。迈斯纳效应是 个直流效应，用磁悬浮实验可直观形象描述超导体的这种抗磁特性，因此磁悬浮是个很好的演示实验， 但它较难给出定量结果。为了知道一个样品是否具有抗磁性需要测量该样品的磁化强度M（或磁化率X） 随温度的变化关系。测量方法很多，有磁称法、振动样品磁强针及SOUID磁强计等，这些都是测量直流 磁化率XDC 的方法，它们要求高，装置复杂。 2