高溫超導(dǎo)實驗報告

1、 高溫超導(dǎo)學(xué)號： 姓名： 實驗日期： 指導(dǎo)教師： 【摘要 摘要】本實驗主要研究了高溫超導(dǎo)體的零電阻現(xiàn)象及邁斯納效應(yīng)。測量了高溫超導(dǎo)體的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變曲線，得到其起始轉(zhuǎn)變溫度 為 99.82K，臨界溫度 為 92.99K，零電阻 𝑇𝐶,onset 𝑇Ү

2、62;溫度 為 91.76K，轉(zhuǎn)變寬度 為 3.78K。對比了鉑金屬電阻與硅二極管電阻與 𝑇𝐶0 ?𝑇𝐶溫度的關(guān)系并測量了溫差電偶電動勢與溫度的關(guān)系。通過研究超導(dǎo)體在場冷和零場冷的情況下的磁懸浮力情況，對第Ⅱ類超導(dǎo)體特性進(jìn)行進(jìn)一步分析和理解。關(guān)鍵詞： 關(guān)鍵詞：高溫超導(dǎo)體 零點阻現(xiàn)象 邁斯納效應(yīng) 磁通俘獲 磁懸浮一、引言： 引言：1911 年荷蘭物理學(xué)家卡墨林·翁

3、納斯發(fā)現(xiàn)了低溫超導(dǎo)體，自此以后科學(xué)家對超導(dǎo)電性理論和超導(dǎo)技術(shù)以及超導(dǎo)材料進(jìn)行了大量的研究。超導(dǎo)科技發(fā)展大體分為三個階段。第一階段（1911 年——1957 年）是人類對超導(dǎo)電性的基本探索和認(rèn)識階段， BSC 超導(dǎo)微觀理論問世。第二階段（1958 年——1985 年）屬于開展超導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用的準(zhǔn)備階段。第三階段（1986 年——）是超導(dǎo)技術(shù)開發(fā)階段，自 1986 年發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度高于 30K 的超導(dǎo)材料后開始。1986 年 6 月，貝德諾和

4、繆勒發(fā)現(xiàn)金屬氧化物 Ba-La-Cu-O 材料具有超導(dǎo)電性，其超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度為 35K，在 13K 達(dá)到零電阻。隨后世界各地的科學(xué)家們相繼取得了突破性的進(jìn)展。超導(dǎo)研究領(lǐng)域的系列最新進(jìn)展，為超導(dǎo)技術(shù)在各方面的應(yīng)用開辟了十分廣闊的前景。超導(dǎo)電性的應(yīng)用十分廣泛。本實驗通過對氧化物高溫超導(dǎo)材料特性的測量和演示，加深理解超導(dǎo)體的兩個基本特性；了解超導(dǎo)磁懸浮的原理；了解金屬和半導(dǎo)體的電阻隨溫度的變化以及溫差電效應(yīng)；掌握低溫物理實驗的基本方法；低溫的獲

5、得控制和測量。二、 二、實驗原理： 實驗原理：同時具有完全導(dǎo)電性和完全抗磁性的物質(zhì)稱為超導(dǎo)體，完全導(dǎo)電性和完全抗磁性是超導(dǎo)電性的兩個最基本性質(zhì)。1. 零電阻現(xiàn)象：把某種金屬或合金冷卻到某一特定溫度 以下，其直流電阻突然降到 𝑇𝐶零的現(xiàn)象。其中， 叫做超導(dǎo)體的臨界溫度，是由物質(zhì)本身的內(nèi)部性質(zhì)確定的、局域的 𝑇𝐶內(nèi)秉參量。物質(zhì)的超導(dǎo)電性：低溫下發(fā)生的零電阻現(xiàn)象。超導(dǎo)體：具有超導(dǎo)

6、電性的材料。 只有在直流情況下才有零電阻現(xiàn)象。超導(dǎo)臨界溫度的定義：①理論上，當(dāng)外部條件保持為零或不影響轉(zhuǎn)變溫度測量的足圖三 第Ⅱ類超導(dǎo)體狀態(tài)與外加磁場的關(guān)系臨界電流密度：當(dāng)超導(dǎo)體通以電流時，無阻的超流態(tài)要受到電流大小的控制，當(dāng)電流達(dá)到某一臨界值 后，超導(dǎo)體恢復(fù)到正常態(tài)， 稱為臨界電流，相應(yīng)的電流密度為臨 𝐼𝐶 𝐼𝐶界電流密度 。 𝐽𝐶與

7、是相關(guān)的，外加磁場越強(qiáng)，臨界電流就越小。 依賴于溫度，隨溫度升高而 𝐽𝐶 𝐻𝐶 𝐻𝐶減小，并在轉(zhuǎn)變溫度 時降為零。 在較高溫度下減小。 𝑇𝐶 𝐽𝐶臨界溫度 、臨界電流密度 和臨界磁場 是超導(dǎo)體的三個臨界參數(shù)，與物質(zhì)的內(nèi) 𝑇𝐶 𝐽&

8、#119862; 𝐻𝐶部微觀結(jié)構(gòu)有關(guān)。3. 磁通俘獲：對于第Ⅱ類超導(dǎo)體當(dāng)外加磁場 H 升到高于 時，不存在完全的邁斯納效 𝐻𝐶1應(yīng)，磁通線要進(jìn)入到超導(dǎo)體中。撤掉磁場后，超導(dǎo)體仍保留一定的磁力效應(yīng)，殘留一個俘獲磁通。 4.釘扎力和釘扎中心：非理想第Ⅱ類超導(dǎo)體中俘獲磁通是穩(wěn)定的，這個阻礙磁通線運(yùn)動的力來自缺陷，叫做釘扎力，缺陷叫做釘扎中心。5.電阻溫度特性：根據(jù)馬德森定則，金屬

9、中總電阻率為：（1） ρ = 𝜌𝐿(𝑇) + 𝜌𝛾表示晶格熱振動對電子散射引起的電阻率，與溫度有關(guān)； （剩余電阻率）表示 𝜌𝐿(𝑇) 𝜌𝛾雜質(zhì)和缺陷對電子的散射引起的電阻率，一般不依賴于溫度，與雜質(zhì)和缺陷的密度成正比。雜質(zhì)和缺陷可以改變金屬電阻率的數(shù)值，但不改變電阻率的溫度系數(shù)。