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.     

多层导体超导电缆的交流输电特性

在完成设计和制造我国第一组并网运行的超导电缆系统的工作中，我们对不同结构的超导电缆短样样品的交流载流特性进行了系统的研究，内容包括层电流均流特性、电缆失超特性、失超恢复特性、电缆载流能力和抗短路冲击能力等．结果表明，对多层螺旋导体结构的超导电缆，影响其输运电流在各导体层分布的主要因素是邻近效应．由于其零电阻特性，在相同的结构中，超导体表现出比常规导体大得多的临近效应．显著的邻近效应使多层导体结构的超导电缆的均流问题变得更加复杂．此类超导电缆有很强的抗短路电流冲击能力，能够承受高于额定电流20倍以上的短路电流，并且有很好的超导性能恢复能力．由于交流超导电缆的电压与电流相位差对电阻的变化非常敏感，所以可以被用作判断失超的预警参数用来避免热溃式失超的发生．     

欧姆加热共蒸Y—Ba—Cu—O薄膜的金属—非金属转变及其对超导电性的影响

利用欧姆加热三元共蒸的方法制备了 Y-Ba-Cu-O 薄膜.研究了组分、热处理温度和降温速度诱导的金属-半导体转变及其对超导电性的影响.在这些研究的基础上,第一次利用欧姆加热三元共蒸方法获得了零电阻温度超过液氮温度的 Y-Ba-Cu-O 超导薄膜.其起始超导 T_c为98K,零电阻超导 T_c 为78.6K,中点超导 T_c 为84K,△T_c 为12K.     

超薄超导YBa2Cu3O7薄膜的外延生长和电阻温度关系

利用紫外脉冲激光源淀积生长氧化物薄膜的技术，我们在ＳｉＴｉＯ３衬底上成功地外延生长了超薄超导ＹＢａ０．２Ｃｕ３Ｏ７薄膜样品．样品ＹＢａ０．２Ｃｕ３Ｏ７层厚度分别为２．４ｎｍ至１０．８ｎｍ（二至九个原胞）．四端引线电阻法测量了样品的电阻温度关系和超导转变．超导零电阻温度分别为１６Ｋ至８１Ｋ．超薄超导薄膜样品显示当ＹＢａ０．２Ｃｕ３Ｏ７层厚度达到和超过四个原胞层厚（９．６ｎｍ）时，厚度变化对样品超导零电阻转变的影响并不十分明显．实验观察到ＹＢａ０．２Ｃｕ３Ｏ７层厚度对样品超导零电阻温度和超导起始转变影响不同．这说明样品中的缺陷对样品性能有着不容忽视的影响．超薄ＹＢａ０．２Ｃｕ３Ｏ７超导薄膜样品的成功制备为进一步的研究提供了有利条件．     

Hg0.9Tl0.1Ba2Ca2Cu3O8+δ超导膜(Tc>124K)在混合态中的输运性质的研究

本文研究了ｃ轴取向的Ｈｇ０．９Ｔｌ０．１Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ８＋δ超导膜（Ｔｃ＞１２４Ｋ）在混合态下的电阻展宽及霍尔效应．低电阻区域的展宽显示出热激活磁通蠕动行为．在膜的超导转变温度以下，我们观察到霍尔电阻率符号反常现象．霍尔电阻率（ρｘｙ）和纵向电阻率（ρｘｘ）具有ρｘｙ（Ｔ）＝ｋρβｘｘ（Ｔ）的标度关系     

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。     

低电压冲击片雷管设计

采用Lee提出的FIRESET模型，对金属电爆炸过程进行数值模拟，在FIRESET模型中，主要用了4个特征参量来描述导体电阻变化率，分别是导体爆炸后电阻率A；爆炸时电阻率峰值B；爆炸时电阻率峰值宽度S0；导体爆炸时比作用量G0。     

多层导体超导电缆的交流输电特性

在完成设计和制造我国第一组并网运行的超导电缆系统的工作中,我们对不同结构的超导电缆短样样品的交流载流特性进行了系统的研究,内容包括层电流均流特性、电缆失超特性、失超恢复特性、电缆载流能力和抗短路冲击能力等.结果表明,对多层螺旋导体结构的超导电缆,影响其输运电流在各导体层分布的主要因素是邻近效应.由于其零电阻特性,在相同的结构中,超导体表现出比常规导体大得多的临近效应.显著的邻近效应使多层导体结构的超导电缆的均流问题变得更加复杂.此类超导电缆有很强的抗短路电流冲击能力,能够承受高于额定电流20倍以上的短路电流,并且有很好的超导性能恢复能力.由于交流超导电缆的电压与电流相位差对电阻的变化非常敏感,所以可以被用作判断失超的预警参数用来避免热溃式失超的发生.     

Nb_3Sn CICC导体接头电阻测试

介绍了用于测试大电流Nb3Sn管内电缆导体接头电阻的超导变压器系统。该超导变压器包括初级线圈和次级线圈,其中初级线圈采用Nb Ti超导股线绕制;次级线圈采用Nb3Sn CICC导体绕制。初级线圈和次级线圈均浸泡在液氦中冷却。利用超导变压器对Nb3Sn CICC导体超导接头的测试结果表明,所设计的超导接头电阻满足设计要求。     

NbTi复合超导线剩余电阻比（RRR）测定国际标准制定中若干问题的…

分别用曲线法和定点法测定了三个具有不同剩余电阻比的ＮｂＴｉ超导线样品在低温下的剩余电阻。最大的相对差别为０．５％。从而证实了定点法是一种简单，有效ＮｂＴｉ超导线剩余电阻比测定方法。在定点法，需准确测定相对零电势电位。     

适用于电阻型超导限流器的超导带材选取与实验研究

电阻型超导限流器主要利用超导带材在失超后的电阻抑制故障电流值,目前一般采用不锈钢加强的ReBCO超导材料。由于涂层导体的银、铜稳定层对其电阻率的影响较大,尤其在低温段的影响尤为显著,成为影响超导带材在电流冲击后响应过程的主要因素。实验表明,超导带材可承载的冲击电流幅值随持续时间延长而迅速降低,不锈钢加强层厚度的增大有利于超导带材耐冲击电流水平的增加。因此,交流超导限流器应适当选用加强层较厚的超导带材,而直流超导限流器应选择具有铜稳定层及适当减小不锈钢加强层厚度的超导带材。     

超导体的宏观电磁理论

本文系统叙述了伦敦方程及其物理意义，并较好地解释了超导电零电阻特性和迈斯纳效应．     

铝稳定化的超导复合导体稳定性的研究

基于系统运行安全的考虑，在大型的超导装置研制过程中，主要采用全稳定化的低电阻率的铝和铜作为稳定化基材的超导复翕地体。本考虑了大型导体中电流扩散行烃地正常区域传播速度的最小失超能量的影响，研究了全稳定化的ＮｂＴｉ／Ｃｕ／Ａｌ超导复合导体的失超特性。     

LaAlO3/SrTiO3异质界面磁场调控的反常金属态

自LaAlO₃/SrTiO₃异质界面发现高迁移率的二维电子气以来,其二维超导电性、界面磁性和自旋轨道耦合等诸多物理性质已经被广泛研究.对于二维超导体,零温下超导-反常金属相变的起源仍然是一个悬而未决的问题.传统理论认为在超导-绝缘量子相变中只存在2种基态,即库珀对的超导基态和绝缘基态.然而在研究超导颗粒膜中超导电性的演化与厚度和温度的关系时发现,存在一个中间金属态破坏了超导体和绝缘体之间的直接过渡.这种中间金属态的标志性特征是,在超导转变温度之下存在饱和的剩余电阻,与之对应的基态称作反常金属态.本文主要对在LaAlO₃/SrTiO₃(001)异质界面磁场诱导的超导-反常金属量子相变进行了系统的研究.在没有外加磁场的情况下,电阻-温度(R-T)曲线和电流-电压(I-V)特性曲线表明样品在超导转变温度之下处于超导态.外加磁场会导致样品在低温下出现饱和电阻、正的巨磁阻和低电流范围内的线性I-V曲线.另外,霍尔电阻在一定的磁场之下会出现零电阻平台,而此时纵向电阻不为零,表现出明显的玻色金属态的特征.研究结果...     

NbTi复合超导线剩余电阻比(RRR)测定国际标准制定中若干问题的实验探讨

分别用曲线法和定点法测定了三个具有不同剩余电阻比的ＮｂＴｉ超导线样品在低温下的剩余电阻．最大的相对差别为０．５％．从而证实了定点法是一种简单、有效的ＮｂＴｉ超导线剩余电阻比测定方法．在定点法中，需准确测定相对零电势电位．样品在低温下的温度控制和测量精度可为±１Ｋ．这些实验结果为相应国际标准的制定提供了有价值的实验依据．     

超导体MgB2的制备和热电势研究

利用Mg扩散法制备出单相多晶的MgB2超导体,其超导转变的零电阻温度为38．5K左右,转变宽度小于1K,比较了不同制备工艺对样品的密度和电阻率等的影响,进行了热电势温度关系的测量,正常态电阻率温度关系均为金属型,可用函数a bT^n拟合,n-2.4热电势研究表明其载流子为空穴型的,由其斜率估算的费米能为0．39eV。     

Hg0.9Tl0.1Ba2Ca2Cu3O8＋δ超导膜（Tc〈124K）在混合态中的输运？…

本文研究了ｃ轴取向的Ｈｇ０．９Ｔｌ０．１Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ８＋δ超导膜（Ｔｃ〉１２４Ｋ）在混合态下的电阻展宽及霍尔效应。低电阻区域的展宽显示出热激活磁通蠕动行为。在膜的超导转变温度以下,我们观察到霍尔电阻率符号反常现象。霍尔电阻率（ρｘｙ）和纵向电阻率（ρｘｘ）具有ρｘｙ（Ｔ）＝ｋρｘｘ＾β（Ｔ）的标度关系。     

Cu1-xZnxIr2S4系统的超导电性

具有常式尖晶石结构的CuIr2S4在约为230K时经历金属-绝缘体一级相变.研究发现,用Zn替代Cu时,系统的基态由绝缘体转变为超导体.本文概述了Cu1-xZnxIr2S4系统的超导参量以及压力效应的实验研究,结果表明该超导体系符合基于电-声作用的BCS超导理论.压力导致的超导体-半导体转变显示出超导Cooper对与小双极化子的竞争,暗示系统具有较强的电-声耦合.     

压力诱导酌拓扑绝缘体化合物Bi2Te3常压相的超导性

通过高压电阻测量,发现了拓扑绝缘体化合物BizTe3压力诱导的超导性,在3-6GPa的压力范围内,超导临界温度L约为3K．高压下原位同步辐射的结果证明这个超导相来源于常压相结构．通过霍尔效应的测量,发现超导的Bi2Te3样品的载流子为P型．对高压同步辐射结果Reitveld精修得到的晶格参数和原子位置,并以此进行第一性...     

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.