超导电性的研究及应用

 1911年,荷兰莱顿大学的卡茂林-昂尼斯(H.KamerlinghOnnes)在实验中发现将汞冷却到绝对温度4.2K时(-268.98℃,绝对温度零度相当于零下273摄氏度)其电阻突然消失并由此开始了超导研究,昂尼斯称这种处于超导状态的导体为超导体。昂尼斯也凭这一发现获得了1913年的诺贝尔物理学奖。一、超导体的特性和分类超导体电阻突然变为零的温度叫超导临界温度(TC)。目前已经发现的一半的金属元素和成百上千种合金与化合物都是超导体,但是他们的转变温度TC都较低。直到20世纪80年代中期TC也未能突破30K大关,人们把此类超导体称之为常规超导体。     

超导简史

 超导现象最初是1911年由荷兰物理学家昂内斯(Onnes)发现的。1908年,昂内斯首次获得液化的氦,并且在液氦温度(4.2K)下研究各种物质的电学特性。他发现,在温度为4.2K时,汞的电阻突然消失。1933年,迈斯纳(Meissner)和奥森菲尔德(Os-chenfeld)发现,处于弱磁场中的超导体会将磁场从内部排斥出来(见图1),这就是迈斯纳效应。1945年,俄罗斯物理学家阿卡迪也夫(Arkadiev)利用这一特性首次演示了将一块小的条形磁铁悬浮于超导体的上方的实验(见图2)。随后而来的几十年,其他超导材料--金属、合金、化合物的超导材料相继找到。     

超导临界温度测量

1911年翁纳斯(Onnes)在测量低温下汞的电阻时,发现在4.2K附近电阻突然消失,突变前后,电阻值变化超过10~4倍。这种在低温下电阻突然消失的现象称为超导电性。具有超导电性的材料称为超导体。     

超导及其军用前景

 1911年荷兰科学家昂内斯(Ｈ.Ｋ.Ｏｎｎｅｓ)在测量汞电阻实验中发现了超导,从此,超导走进人类社会。超导体处于超导态时电阻率为零,且具有完全抗磁性,正由于它这不同寻常的特性,潜藏着无比广阔的应用前景,几十年来吸引着大批科学家孜孜不倦地探索它的奥秘。近年来超导研究飞速发展,不少国家在实用化超导技术的开发应用中取得累累硕果,大批超导产品纷纷问世。据国际超导产业技术研究中心等机构预测,到2020年,超导产业在电子和医疗等领域将发挥重要作用,会发展成1500亿美元的巨大国际市场。     

神奇的超导

 电阻起源于载流子(电子或空穴)在材料中运动过程中受到的各种各样的阻尼.按照材料的常温电阻率从大到小可以分为绝缘体、半导体和导体.绝大部分金属都是良导体,他们在室温下的电阻率非常小但不为零,在10^-12 mΩ·cm量级附近.自然界是否存在电阻为零的材料呢？答案是肯定的,这就是超导体.当把超导材料降到某个特定温度以下的时候,将进入超导态,这时电阻将突降为零(图1),同时所有外磁场磁力线将被排出超导体外,导致体内磁感应强度为零,即同时出现零电阻态和完全抗磁性.超导态开始出现的温度一般称为超导临界温度,表示为T_c.微观上来说,当超导材料处于超导临界温度之下时,材料中费米面附近的电子将通过相互作用媒介而两两配对,这些电子对将同时处于稳定的低能组态,叫“凝聚体”.在外加电场驱动下,所有电子对整体能够步调一致地运动,因此超导又属于宏观量子凝聚现象.对于零电阻态,实验上已经证实超导材料的电阻率小于10^-23 mΩ·cm,在实验精度允许范围内已经可以认为是零.如果将超导体做成环状并感应产生电流,电流将在环中流动不止且几乎不衰减.超导体的完全抗磁性并不依赖于超导体降温和加场的次序,也称为迈斯纳(Meissner)效应.一个材料是否为超导体,零电阻态和完全抗磁性是必须同时具有的两个独立特征.     

超导技术及其应用

一、超导进展 随着科学技术的进步,低温技术取得了显著的发展,为超导现象的发现提供了环境条件。1911年,荷兰科学家昂尼斯和他的助手在测量汞的低温电阻时发现,当温度降至4.2K附近,汞     

超导及其应用专题编者按

1911年荷兰科学家Heike Kamerlingh Onnes首次在金属汞中发现超导现象以来,超导作为人类发现的第一个宏观量子现象已经有百余年的研究历史.在这百余年的时间里,人们对传统的低温超导材料的认识及应用已经取得了巨大的成就,尤其是关于其超导机理的BCS理论的建立极大地推动了凝聚态物理的发展.在铜氧化物高温超导体发现后的近三十余年里,源于对其机理的研究开辟了基础物理新的领域,也为超导体的应用带来了新的技术.然而,非常规高温超导机理的研究和高临界参数的新超导体的探索仍面临许多挑战.     

超导合金物理

超导现象在1911年已被荷兰物理学家卡姆林-翁纳斯(Kamerlingh-Onnes)发现。他研究氦温度(接近氦沸点,即从绝对零度算起等于4.2°K)下金属的电阻,观察到大约在4°K时,水银的电阻突然下降为零。此后,在很多纯金属和合金中也观察到这种现象,因而称之为超导电性。不同金属转变为超导态的温度不同,但都很低,以铌化锡合金(Nb_3Sn)为最高,为18°K。     

M3C60（M=K,Rb）超导机理研究

综述了近几年来Ｃ６０超导体，特别是Ｋ３Ｃ６０和Ｒｂ３Ｃ６０单昌超导体的实验研究结果，主要包括超导转变温度以上的电阻－温度关系、高温下电阻的饱和现象及超导转变温度、上临界磁场和相干长度等超导性质。上述实验结果可以用传统的电子－声子相互作用理论来解释。     

超导研究大事记

 1877年.氧被液化.1898年.英国物理学家J.杜瓦液化氢.1908年.荷兰物理学家卡·翁内斯液化氢,获得绝对温度4.2开以下的低温.1911年.卡·翁内斯在莱顿实验室发现超导现象,这是在获得绝对温度4.2开以下低温时,发现汞的电阻突然变为零,在排除其它可能之后,翁内斯确认这是真实效应,从此,超导物理学诞生了.     

超导电性及应用介绍

 1911年荷兰物理学家Onnes发现纯的水银样品在4.2K附近电阻突然消失,接着又发现其他一些金属也有这样的现象,这一发现开辟了一个崭新的超导物理领域.     

高压下HgBa2CaCu2O6＋δ超导体的制备及其超导电性

利用高温高压方法合成了ＨｇＢａ２ＣａＣｕ２Ｏ６＋δ超导体。Ｘ射线衍射线结构分析显示该超导体具有四方结构，晶格常数ａ＝０．３８６７ｎｍ，ｃ＝１．２７４３ｎｍ．电阻和交流磁化率测量结果表明该超导体的超导起始转变温度为１２７Ｋ，零电阻温度为１２１Ｋ，抗磁转变温度为１１８Ｋ。对合成后的样品做了氧气氛中的退火处理，研究了２７ｋｂａｒ压力下，不同烧结温度对合成样品的超导电性的影响，结果表明该压力下ＨａＢａ２Ｃ     

漫谈第二代高温超导带材

正一、高温超导材料的问世超导现象是1911年荷兰低温物理学家昂内斯(H.Onnes)发现的,他在莱顿实验室研究液氦温度下的物性时,发现汞在极低的温度下,其电阻突然减小为零,而且去掉外电场后,电流可以持续流动。后来经过长时间多次实验验证,他确定发现了一个新的现象——并将此现象称之为超导现象,从此揭开了超导研究的帷幕。1933年德国物理学家     

高温超导体环流演示仪

利用永磁铁对超导样品进行激励,产生的超导环流不衰减,由此原理制做了高温超导环流演示仪,该仪器可演示零电阻现象、环流磁场及超导体电阻与温度的关系.     

正常金属—d波超导隧道结中杂质和界面散射对微分电导的影响

考虑到正常金属区域的杂质散射和界面粗糙的散射,运用Ｂｏｇｏｌｉｕｂｏｖ－ｄｅ Ｇｅｎｎｅｓ（ＢｄＧ）方程和Ｂｏｌｏｎｄｅｒ－Ｔｉｎｋｈａｍ－Ｋｌａｐｗｉｊｋ（ＢＴＫ）理论模型,计算正常金属－ｄ波超导隧道结的微分电导。计算发现：隧道谱强烈地依赖电子的入射角和超导体晶轴方位,并能展示零偏压电导峰的存在;此外,杂质散射能使隧道谱的凹陷分裂出两个小凹陷,而界面粗糙能抹平和压低零偏压电导峰和能隙电导峰。这些     

磁悬浮列车与超导

据悉,在不久的将来,建造从北京到上海的长距离磁悬浮列车,到那时,乘坐磁悬浮列车从上海到北京只需4个小时. 超导是超导电性的简称,它是指金属、合金及其氧化物的电阻变为零的性质.自1911年荷兰物理学家昂纳斯(H.K.Onnes)发现低温超导现象以来,对超导的研究和应用,特别是1986年后高温超导的研究和应用,已取得重大进展.     

浅谈超导性

1911年 ,昂内斯在莱顿实验室发现超导电性 ,这一发现标志着人类对超导研究的开始。从那以后 ,世界各国的科学家们一直致力于如何提高材料的临界温度 ,以及寻求高临界温度的材料。直到1986年发现氧化超导体以后 ,才为高温超导体的研究开辟了新的道路 ,将超导体从金属合金和化合物扩展到氧化物陶瓷。超导材料广阔的应用领域 ,潜在的经济价值 ,使超导电性的研究和探索在 2 1世纪仍将具有重要的位置。这也是许多人所关心的话题 ,本文将向广大物理爱好者简单地介绍有关超导的性质、理论解释和实际应用三个方面的知识。一、超导的几个主要性质零电…     

块体金属玻璃Zr46.75Ti8.25Cu7.5Ni10Be27.5的超导与负电阻温度系数

测量了块体金属玻璃Zr_46.75Ti_8.25Cu_7.5Ni₁₀Be_27.5在退火前后其电阻值随温度的变化,测量的温度范围为1.5—300K.样品在退火前后都发现有超导现象.零磁场下其超导转变温度T_c分别为1.84和3.76K.在5—300K温度范围内,原始样品具有负的电阻温度系数.如果取Zr, Ti, Cu, Ni及Be分别贡献出1.5, 1.5, 0.5, 0.5及两个传导 关键词： 块体金属玻璃 超导 电阻温度系数     

高压下HgBa_2NcaCu_2NO_（6＋δ）超导体的制备及其超导电性

利用高温高压方法合成了ＨｇＢａ２ＣａＣｕ２Ｏ６＋δ超导体．Ｘ射线衍射结构分析显示该超导体具有四方结构，晶格常数ａ—０．３８６７ｕｒｎ，ｃ—１．２７４３ｕｒｎ．电阻和交流磁化率测量结果表明该超导体的超导起始转变温度为１２７Ｋ，本电阻温度为１２ｌＫ，抗磁转变温度为１１８Ｋ．对合成后的样品做了氧气氛中的退火处理．研究了２７ｋｂａｒ压力下，不同烧结温度对合成作品的超导电性的影响，结果表明该压力下ＨｇＢａＣａＣｕＯ６＋δ超导体的最佳合成温度为８２０～８３０℃．     

在SrTiO3, NdGaO3衬底上生长的HgBa2CaCu2Oy超导薄膜

通过两步法,在SrTiO3, NdGaO3衬底上制备了HgBa2CaCu2Oy 高温超导薄膜,X射线衍射实验结果证明了薄膜是c-轴外延生长的.电阻温度测量表明薄膜的超导零电阻转变温度(Tc)>115K和临界电流Jc>0.4MA/cm2(77K,零磁场),而且重复性很好.扫描电镜实验揭示了薄膜是层状生长的,晶粒是四方形和八角形的,实验证实基于碳酸盐的靶也是适合于制备汞系铜氧化物高温超导膜的.