物理超导电性最后.pptx
7.2超导电性的发现及超导体的基本性质1908年荷兰物理学家昂内斯（K.Onnes）实现了氦的液化。1911年昂内斯在研究Hg的低温电阻特性时，意外发现零电阻现象一、零电阻现象的发现一、零电阻现象的发现4.004.204.404.004.204.400.1500.1500.1000.1000.0500.0500.0000.000*T TC C：临界温度临界温度在在4.20K附近汞的电阻突降为零附近汞的电阻突降为零R/nFile等利用核磁共振方法车辆超导螺线管内的电流衰变，得出其衰变时间不小于10万年超导零电阻现象被确认第1页/共35页7.2 超导电性的发现及超导体的基本性质1933年Meissner和Ochsenfeld发现，无论是在磁场中降温使样品进入零电阻态，还是已经是零电阻态的样品移入磁场中，样品中的磁感应强度均为零，即B0.称为迈斯纳效应二、迈斯纳（二、迈斯纳（MeissnerMeissner）效应）效应n迈斯纳效应说明超导体是完全抗磁体B0T TcB=0T 77K)1986年年 IBM苏黎世实验室苏黎世实验室 La-Ba-Cu-O 30K 美、中、日科学家美、中、日科学家 La-Ba-Cu-O Sr-Ba-Cu-O 57K1987年年 休斯敦大学，朱经武休斯敦大学，朱经武 中科院，赵忠贤中科院，赵忠贤 Y-Ba-Cu-O 98K7.6 高温超导体简介第23页/共35页高温氧化物超导体高温氧化物超导体的结构特点：的结构特点：具有层状钙钛矿型结构具有层状钙钛矿型结构晶格结构中存在晶格结构中存在Cu-O层面层面高温超导体的高温超导体的导电平面导电平面氧含量和分布对性能有氧含量和分布对性能有重要影响重要影响7.6 高温超导体简介第24页/共35页（1）电阻率的温度特性：线性关系电阻率的温度特性：线性关系（2）霍尔系数的温度特性：随温度上升而单调下降霍尔系数的温度特性：随温度上升而单调下降（3）光电导的反常特性光电导的反常特性（4）超导能隙的各向异性超导能隙的各向异性（5）电子电子电子关联性电子关联性（6）临界磁场高，相干长度却很短临界磁场高，相干长度却很短 高温氧化物超导体的反常特性高温氧化物超导体的反常特性 这些反常特性无法用低温超导理论（这些反常特性无法用低温超导理论（这些反常特性无法用低温超导理论（这些反常特性无法用低温超导理论（BCSBCS理论）来解释，理论）来解释，理论）来解释，理论）来解释，对超导理论的研究提出了新课题和新的研究方向。对超导理论的研究提出了新课题和新的研究方向。对超导理论的研究提出了新课题和新的研究方向。对超导理论的研究提出了新课题和新的研究方向。7.6 高温超导体简介第25页/共35页高温超导材料的制备高温超导材料的制备高温超导薄膜高温超导薄膜在基片上镀膜在基片上镀膜 膜厚膜厚100 nm100 nm溅射法溅射法 分子外延法分子外延法 涂布法涂布法 机械热加工法机械热加工法照射法照射法 蒸汽淀积法蒸汽淀积法 混合法混合法 脉冲准分子激光法脉冲准分子激光法蒸发法蒸发法 化学汽相沉积法化学汽相沉积法设备：研钵设备：研钵 +电炉电炉工艺：混匀原材料工艺：混匀原材料 烧结烧结研磨研磨成形成形 烧结烧结 再研磨再研磨成形成形烧结烧结优点：简单、实用、易于控制或改变合成条件产品优点：简单、实用、易于控制或改变合成条件产品,如如 优质大块样品，优质大块样品，高质量粉料高质量粉料7.6 高温超导体简介第26页/共35页7.7 超导电性的应用举例电能在零电阻输送，完全没有损耗大尺度、强磁场、低消耗2、超导电缆1、超导磁体3、超导储能超导体圆环置于磁场中，降温至材料临界温度以下，撤去磁场，由于电磁感应，圆环中有感生电流产生。只要温度保持在临界温度以下，电流便会持续。第27页/共35页五、超导应用五、超导应用由超导材料制备的电子器件由超导材料制备的电子器件由超导材料制备的电子器件由超导材料制备的电子器件7.7 超导电性的应用举例第28页/共35页1.超导磁体：超导磁体：永久磁铁永久磁铁103Gs常规磁铁常规磁铁5105Gs(20吨，高温，兆瓦吨，高温，兆瓦)超导磁铁超导磁铁(530)104Gs（kg，无热量，千瓦），无热量，千瓦）体积小、重量轻、功耗小、输出功率高、体积小、重量轻、功耗小、输出功率高、体积小、重量轻、功耗小、输出功率高、体积小、重量轻、功耗小、输出功率高、磁场强、稳定、均匀磁场强、稳定、均匀磁场强、稳定、均匀磁场强、稳定、均匀7.7 超导电性的应用举例第29页/共35页五、超导应用五、超导应用2.超导磁悬浮列车超导磁悬浮列车常导型：常导型：常导型：常导型：利用普通直流电磁铁电磁吸利用普通直流电磁铁电磁吸利用普通直流电磁铁电磁吸利用普通直流电磁铁电磁吸力的原理将列车悬起，悬浮的气力的原理将列车悬起，悬浮的气力的原理将列车悬起，悬浮的气力的原理将列车悬起，悬浮的气隙小，一般为隙小，一般为隙小，一般为隙小，一般为10mm10mm左右。时速左右。时速左右。时速左右。时速可达每小时可达每小时可达每小时可达每小时400500400500公里。公里。公里。公里。磁悬浮列车磁悬浮列车磁悬浮列车磁悬浮列车速度快、无噪音、不颠簸速度快、无噪音、不颠簸速度快、无噪音、不颠簸速度快、无噪音、不颠簸超导型：超导型：超导型：超导型：利用超导磁体产生的强磁场，列车运行时与布置在地面上利用超导磁体产生的强磁场，列车运行时与布置在地面上利用超导磁体产生的强磁场，列车运行时与布置在地面上利用超导磁体产生的强磁场，列车运行时与布置在地面上的线圈相互作用，产生电动斥力的原理将列车悬起，悬浮的线圈相互作用，产生电动斥力的原理将列车悬起，悬浮的线圈相互作用，产生电动斥力的原理将列车悬起，悬浮的线圈相互作用，产生电动斥力的原理将列车悬起，悬浮的气隙较大，一般为的气隙较大，一般为的气隙较大，一般为的气隙较大，一般为100mm100mm左右。时速可达每小时左右。时速可达每小时左右。时速可达每小时左右。时速可达每小时500500公公公公里以上。里以上。里以上。里以上。James R.Powell 和和 Gordon T.Danby7.6 超导电性的应用举例第30页/共35页五、超导应用五、超导应用1972年，年，日本，日本，第一辆超导磁悬浮原理车第一辆超导磁悬浮原理车1979年年,日本日本,时速时速504公里公里1999年年4月，月，日本，日本，时速时速552公里公里日本研制的磁悬浮列车日本研制的磁悬浮列车7.7 超导电性的应用举例第31页/共35页五、超导应用五、超导应用西南交通大学研制出世界上第一台载人西南交通大学研制出世界上第一台载人西南交通大学研制出世界上第一台载人西南交通大学研制出世界上第一台载人高温超导磁浮实验车！高温超导磁浮实验车！高温超导磁浮实验车！高温超导磁浮实验车！中国研制的高温超导磁悬浮实验车中国研制的高温超导磁悬浮实验车7.7 超导电性的应用举例第32页/共35页电力能源方面：电力能源方面：输电电缆、发电机、电动机、变压器超导化输电电缆、发电机、电动机、变压器超导化 超导储能系统超导储能系统 大型电机设备形状与性能的革命大型电机设备形状与性能的革命能源工业：能源工业：超导贮能调节电网负荷超导贮能调节电网负荷 超导磁体约束的等离子体和可能产生的核聚变超导磁体约束的等离子体和可能产生的核聚变高温超导实用化高温超导实用化诱人前景诱人前景电子学方面：电子学方面：超导计算机研究：超导计算机研究：计算速度高，体积小，功耗低，使用方便计算速度高，体积小，功耗低，使用方便 信息储存量大信息储存量大医学和生物方面：医学和生物方面：核磁共振计算机断层诊断装置核磁共振计算机断层诊断装置(NMR-CT)超导量子干涉仪超导量子干涉仪(SQUID)7.7 超导电性的应用举例第33页/共35页考试重点n分离变量方法，单电子近似，谐阵子能量（一维、三维）n倒易点阵，Bragg方程，布里渊区n晶格振动的色散关系，声学和光学振动，声子，德拜模型，态密度，晶体导热n金属的费米面，态密度，接触势差，电子的速度，周期性边界条件n能带的物理意义及起源分析，Bloch定理的物理解释及能带的普遍性及性质，金属、半导体、绝缘体的能带差别，每个能带填充的电子数目、能带填充情况与固体导电性的差别。n半导体的有效质量，载流子浓度及半导体电阻率与温度的关系，p-n结的整流特性。n原子磁矩，铁磁物质的起源（3d交换模型），技术磁化n超导现象，零电阻和麦斯纳效应第34页/共35页感谢您的观看！第35页/共35页
