4.4高温临界超导体临界温度的电阻测量法
超导体的测量方法与技巧
超导体的测量方法与技巧超导体是一种特殊的材料，具有零电阻和完全抗磁性的特性。
它在科学研究和工业应用中具有广泛的用途，如能源传输、磁共振成像和高速计算等领域。
然而，要准确测量和控制超导体的性能是一项具有挑战性的任务。
本文将介绍一些常用的超导体测量方法和技巧，帮助读者更好地理解和应用超导体。
一、电阻测量方法超导体的最显著特性之一是其零电阻。
因此，要测量超导体的电阻，需要采用一些特殊的方法。
常用的电阻测量方法包括四探针法和交流电阻测量法。
四探针法是一种常用的电阻测量方法，它利用四个电极分别施加电流和测量电压来测量材料的电阻。
这种方法可以排除接触电阻对测量结果的影响，提供准确的电阻值。
交流电阻测量法则是通过施加交流电源来测量超导体的电阻。
这种方法可以避免直流电流对超导体的破坏，并且在高频范围内提供准确的电阻测量结果。
二、磁场测量方法超导体的抗磁性是其另一个重要特性。
要测量超导体的磁场，可以采用霍尔效应和磁力计等方法。
霍尔效应是一种基于洛伦兹力的测量方法，它通过测量电流通过超导体时产生的霍尔电压来确定磁场的大小。
这种方法可以提供准确的磁场测量结果。
磁力计是一种常用的磁场测量仪器，它通过测量磁场对磁力计产生的力来确定磁场的大小。
这种方法可以在不同的磁场强度下提供准确的磁场测量结果。
三、临界温度测量方法超导体的临界温度是指超导态和正常态之间的转变温度。
要测量超导体的临界温度，可以采用电阻测量和磁化测量等方法。
电阻测量方法是一种常用的临界温度测量方法，它通过测量超导体的电阻随温度变化的曲线来确定临界温度。
这种方法可以提供准确的临界温度测量结果。
磁化测量方法是一种基于超导体磁化率变化的测量方法，它通过测量超导体在不同温度下的磁化率来确定临界温度。
这种方法可以在不同的磁场强度下提供准确的临界温度测量结果。
四、超导体性能的控制技巧除了测量超导体的性能，控制超导体的性能也是非常重要的。
以下是一些常用的超导体性能控制技巧。
实验报告高温超导材料临界转变温度的测定
當温超导材料临界转变温度的测走一.实验目的1.通过对氧化物超导材料的临界温度兀两种方法的测定，加深理解超导体的两个基本特性；2.了解低温技术在实验中的应用；3.了解儿种低温温度计的性能及Si二极管温度计的校正方法；4. 了解一种确定液氮液面位置的方法。
二.实验原理1.超导现象及临界参数1）零电阻现象电阻率温度关系象零电阻现象，如图2所示。
需要注意的是只有在直流情况下才有零电阻现象，而在交流情况下电阻不为零。
2）完全抗磁性当把超导体置于外加磁场中时，磁通不能穿透超导体，超导体内的磁感应强度始终保持为0, 超导体的这个特性称为迈斯纳效应。
注意：完全抗磁性不是说磁化强度M和外磁场方等于零，而仅仅是表示財二B / 4o超导体的零电阻现象与完全抗磁性的两个特性既相互独立乂有紧密的联系。
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。
超导体的完全抗磁性是由其表面屏蔽电流产生的磁通密度在导体内部完全抵消了由外磁场引起的磁通密度，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。
3）临界磁场把磁场加到超导体上之后，一定数量的磁场能量用来建立屏蔽电流以抵消超导体的内部磁场。
当磁场达到某一定值时，它在能量上更有利于使样品返回正常态，允许磁场穿透，即破坏了超导电性。
致使超导体由超导态转变为正常态的磁场称为超导体的临界磁场，记为He.如果超导体内存在杂质和图4第I类超导体临界磁应力等，则在超导体不同处有不同的徒，因此转变将在一个很宽的磁随温度的变化关系场范围内完成，和定义乙样，通常我们把H二HJ2相应的磁场叫临界磁场。
4）临界电流密度实验发现当对超导体通以电流时，无阻的超流态要受到电流大小的限制，当电流达到某一临界值乙后，超导体将恢复到正常态。
对大多数超导金属，正常态的恢复是突变的。
我们称这个电流值为临界电流乙，相应的电流密度为临界电流密度夭。
对超导合金、化合物及高温超导体，电阻的恢复不是突变，而是随电流的增加渐变到正常电阻几。
超导材料电阻率
超导材料电阻率1. 引言超导材料是一类在低温下具有零电阻和完全磁场排斥的材料。
超导材料的电阻率是衡量其超导性能的重要指标之一。
本文将介绍超导材料的电阻率的定义、测量方法、影响因素以及一些常见的超导材料的电阻率数值。
2. 定义电阻率（ρ）是描述材料阻碍电流通过的程度的物理量。
在超导材料中，由于零电阻的特性，电阻率为零。
3. 测量方法由于超导材料的电阻率为零，传统的电阻测量方法无法应用于超导材料。
因此，测量超导材料的电阻率需要采用其他方法。
3.1 临界电流法临界电流法是一种常用的测量超导材料电阻率的方法。
该方法通过在超导材料中加入外加电流，观察电流的变化来推导出电阻率。
当外加电流超过一定临界值时，超导材料会失去超导性，电阻率会出现有限的非零值。
3.2 交流磁化率法交流磁化率法是另一种常用的测量超导材料电阻率的方法。
该方法通过在超导材料中施加交变磁场，观察材料的磁化行为来推导出电阻率。
当磁场频率足够高时，材料的磁化行为会受到电阻率的影响而发生变化。
4. 影响因素超导材料的电阻率受到多种因素的影响，包括温度、磁场、材料纯度等。
4.1 温度超导材料的电阻率随温度的变化而变化。
在超导临界温度以下，电阻率为零；而在超导临界温度以上，电阻率会逐渐增大。
4.2 磁场磁场对超导材料的电阻率也有影响。
在零外磁场下，超导材料的电阻率为零；而在外磁场存在时，超导材料的电阻率会增加。
4.3 材料纯度材料的纯度对超导材料的电阻率有很大影响。
杂质和缺陷会破坏超导材料的超导性，从而使电阻率增加。
5. 超导材料的电阻率数值以下列举了一些常见的超导材料的电阻率数值：•铜氧化物超导体（YBCO）：电阻率为零•铅超导体（Pb）：电阻率为零•铟钴铜氧化物超导体（Tl-1223）：电阻率为零•铜钛氧化物超导体（Bi-2212）：电阻率为零•铁基超导体（Fe-based）：电阻率为零6. 结论超导材料的电阻率是衡量其超导性能的重要指标之一。
本文介绍了超导材料电阻率的定义、测量方法、影响因素以及一些常见的超导材料的电阻率数值。
高温超导实验报告步骤(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解高温超导体的基本特性和物理机制。
2. 学习液氮低温技术，掌握低温环境下的实验操作。
3. 测量高温超导体的临界温度（Tc）和临界磁场（Hc）。
4. 研究高温超导体的临界电流（Ic）与磁场、温度的关系。
二、实验原理高温超导现象是指某些材料在液氮温度（约77K）下表现出超导特性。
实验中，通过测量超导体的电阻、临界温度、临界磁场等参数，来研究高温超导体的物理性质。
三、实验仪器与材料1. 高温超导材料（如钇钡铜氧YBCO等）2. 低温冰箱3. 温度计4. 磁场计5. 电阻计6. 磁场发生器7. 数字多用表8. 液氮四、实验步骤1. 样品制备：将高温超导材料制备成合适尺寸的样品，通常为薄片或丝状。
2. 低温环境准备：将低温冰箱预热至液氮温度，并将样品放入冰箱内冷却至液氮温度。
3. 电阻测量：- 使用电阻计测量样品在液氮温度下的电阻。
- 记录电阻值，作为初始数据。
4. 临界温度测量：- 慢慢升温，观察电阻变化。
- 当电阻突然降至零时，记录此时的温度，即为临界温度（Tc）。
5. 临界磁场测量：- 使用磁场计测量样品在液氮温度下的磁场。
- 慢慢增加磁场强度，观察电阻变化。
- 当电阻突然降至零时，记录此时的磁场强度，即为临界磁场（Hc）。
6. 临界电流测量：- 在一定磁场下，逐渐增加电流，观察电阻变化。
- 当电阻突然降至零时，记录此时的电流，即为临界电流（Ic）。
7. 温度与磁场关系研究：- 在不同温度下，重复步骤4和5，研究临界温度（Tc）和临界磁场（Hc）与温度的关系。
- 在不同磁场下，重复步骤6，研究临界电流（Ic）与磁场的关系。
8. 数据整理与分析：- 将实验数据整理成表格，分析高温超导体的物理性质。
- 对比不同高温超导材料的物理性质，总结实验结果。
五、实验注意事项1. 实验过程中，务必保持低温环境，避免样品受热。
2. 在测量电阻、临界温度、临界磁场等参数时，要确保仪器精度。
3. 注意实验安全，防止低温伤害。
高中物理实验测量超导材料的临界温度与临界磁场的实验方法
高中物理实验测量超导材料的临界温度与临界磁场的实验方法超导材料是具有特殊电导性的材料，在低温条件下电阻几乎为零。
测量超导材料的临界温度和临界磁场是评估其超导性能的重要实验，也是物理学研究中的关键课题之一。
本文将介绍一种常用的实验方法，来测量超导材料的临界温度和临界磁场。
实验方法的原理：超导材料在临界温度以下能够表现出无限大的电阻率，即电流完全不受阻碍地流过材料。
超导材料在外加磁场下也表现出特殊性质，当磁场强度超过一定临界值时，超导材料将不再是超导状态。
实验仪器与材料：1. 超导材料样品：使用高纯度的超导材料样品，如铅、铯钛酸铯等。
2. 恒温器：用于维持实验室温度稳定。
3. 电磁铁：用于产生不同强度的磁场。
4. 电流源：用于给超导材料提供足够的电流。
5. 电压测量仪：用于测量超导材料的电压。
实验步骤：1. 样品处理：对超导样品进行必要的样品处理，如去除表面氧化物等。
2. 温度控制：将超导样品放置在恒温器中，并通过恒温器将样品的温度控制在所需的测量温度附近。
3. 施加磁场：通过电磁铁施加一定强度的磁场，磁场大小可通过电磁铁的调节来控制。
4. 施加电流：通过电流源给超导样品提供足够的电流，使其进入超导态。
5. 电压测量：使用电压测量仪测量超导样品中的电压。
6. 记录数据：记录不同磁场强度下的电压值。
7. 重复实验：重复以上步骤，使用不同的磁场强度，得到多组数据。
数据处理与结果计算：1. 画出电压随磁场强度的曲线图。
2. 根据电压随磁场强度的变化规律，确定超导样品的临界磁场。
3. 根据临界磁场随温度的变化规律，确定超导样品的临界温度。
注意事项：1. 实验过程中要保持环境温度的稳定，以保证测量结果的准确性。
2. 在施加电流时，应注意电流不要超过超导样品对应的最大电流，以免损坏样品。
3. 实验步骤要严格按照上述顺序进行，并确保每个步骤都操作正确。
4. 实验装置的选用和调试要仔细，以保证实验的可重复性和准确性。
临界温度的测量方法是什么？
临界温度的测量方法是什么？现代科学技术的发展为我们提供了测量临界温度的精确方法。
临界温度的测量是为了研究物质在临界点附近的特性和行为，对于理解物质的相变过程和性质具有重要意义。
下面将介绍几种常用的临界温度测量方法。
一、电阻法测量电阻法是一种常见的测量材料临界温度的方法。
在实验中，可以利用材料的电阻随温度变化的特性，通过测量电阻随温度的变化曲线来确定临界温度。
这种方法的优点是简单易行，测量误差相对较小，适用于多种材料的测量。
然而，由于电阻测量受到环境条件和电源稳定性的影响，需要进行一定的校准和修正。
二、三棱镜法测量三棱镜法是通过光的折射特性来测量临界温度的一种方法。
实验中，将待测物质放在一个封闭的三棱镜内，利用光的折射角随温度变化的规律，通过测量折射角的变化来确定临界温度。
这种方法的优点是测量精度较高，适用于透明材料的临界温度测量。
但需要注意，由于三棱镜本身的材料和形状会对实验结果产生影响，因此需要进行修正。
三、压力法测量压力法是利用物质的密度随温度变化的特性来测量临界温度的一种方法。
实验中，通过改变物质的压力和温度，观察物质密度的变化，从而确定临界温度。
这种方法适用于多种材料的测量，可以获得较为准确的临界温度值。
但需要注意，由于实验中压力、温度和密度的相互影响，需要进行一定的数据处理和拟合。
四、超导法测量超导法是一种测量超导材料临界温度的常用方法。
超导材料在低温下具有很强的电导性能，而在临界温度附近会出现超导转变，电阻突然变为零。
利用超导材料临界温度的这种特性，可以通过测量材料的电阻来确定临界温度。
超导法具有高精度、无需修正和校准等优点，适用于超导材料的临界温度测量。
综上所述，测量临界温度的方法有电阻法、三棱镜法、压力法和超导法等。
不同方法适用于不同材料和实验条件，选择合适的测量方法对于获得准确的临界温度值非常重要。
随着科技的不断进步，我们相信将会有更多更精确的临界温度测量方法被提出，为我们的科学研究和工程应用提供更有效的支持。
《高临界温度超导体临界温度的电阻测量法》报告
高临界温度超导体临界温度的电阻测量法引言人们在 1877 年液化了氧，获得—183℃的低温后就发展低温技术。
随后，氮、氢等气体相继液化成功。
1908 年，荷兰莱顿大学的卡麦林•昂纳斯教授成功地使氦气液化，达到了4.2K的低温，三年后他又发现，当水银冷却到４．15Ｋ时，其电阻急剧地下降到零。
他认为，这种电阻突然消失的现象，是由于物质转变到了一种新的状态，并将此以零电阻为特征的金属态，命名为超导态。
１９３３年迈斯纳和奥森菲尔德发现超导电性的另一特性：超导态时磁感应强度为零或叫完全抗磁性，称为迈斯纳效应。
电阻为零及完全抗磁性是超导体的两个最基本的特性。
超导体从具有一定电阻的正常态，转变为电阻为零的超导态时，所处的温度叫做临界温度，常用Ｔｃ表示。
直至１９８６年以前，人们经过７０多年的努力才获得了最高临界温度为２３Ｋ的Ｎｂ３Ｇｅ超导材料。
１９８６年４月，贝德诺兹和缪勒创造性地提出了在Ｂａ-Ｌａ-Ｃｕ-Ｏ系化合物中存在高Ｔｃ超导的可能性。
１９８７年初，中国科学院物理研究所赵忠贤等在这类氧化物中发现了Ｔｃ＝４８Ｋ的超导电性。
同年２月份，美籍华裔科学家朱经武在Ｙ-Ｂａ-Ｃｕ-Ｏ系中发现了Ｔｃ＝９０Ｋ的超导体。
这些发现使人们梦寐以求的高温超导体变成了现实的材料，可以说这是科学史上又一次重大突破。
在物理工作及材料探索工作的同时，应用方面也做了大量的工作，如超导量子干涉仪、超导磁铁等低温超导材料已商品化，而高温超导的发现，为超导应用带来了新的希望，而我国利用熔融织构法制备的Bi 系银包套高温超导线材也已商品化。
实验原理1．临界温度Ｔc的定义及其规定超导体具有零电阻效应，通常把外部条件（磁场、电流、应力等）维持在足够低值时电阻突然变为零的温度称为超导临界温度。
实验表明，超导材料发生正常→超导转变时，电阻的变化是在一定的温度间隔中发生，而不是突然变为零的，如图4．4-1所示。
起始温度Ｔｓ（ＯｎｓｅｔＰｏｉｎｔ）为Ｒ—Ｔ曲线开始偏离线性所对应的温度；中点温度Ｔm（m ｉｄＰｏｉｎｔ）为电阻下降至起始温度电阻Ｒｓ的一半时的温度；零电阻温度Ｔ为电阻降至零时的温度。
超导材料的电学性能测试方法
超导材料的电学性能测试方法超导材料是一类具有非常低电阻的材料，能够在低温下实现电流的无阻碍传输。
这种特殊的电学性能使得超导材料在能源传输、磁场应用和量子计算等领域具有巨大的潜力。
然而，为了实现超导材料的应用，我们首先需要准确地测试和评估其电学性能。
本文将介绍几种常见的超导材料电学性能测试方法，并探讨它们的原理和应用。
一、电阻率测量电阻率是评估超导材料电学性能的重要指标之一。
电阻率测量方法可以通过四探针法、交流电桥法和霍尔效应等多种方式进行。
四探针法是一种常用的电阻率测量方法。
它利用四个电极分别施加电压和测量电流，通过测量电流和电压之间的关系来计算电阻率。
这种方法可以排除电极接触电阻对测量结果的影响，提高测试的准确性。
交流电桥法是另一种常见的电阻率测量方法。
它利用交流电桥的平衡条件来测量电阻率。
通过调节电桥上的电阻和电容，使得电桥平衡，即电桥两侧电压相等。
通过测量电桥平衡时的电容和电阻值，可以计算出样品的电阻率。
霍尔效应测量方法则主要用于测量材料的电导率和载流子浓度。
霍尔效应是指当一个电流通过垂直于磁场的材料时，会在材料中产生横向的电场。
通过测量这个横向电场和施加的电流，可以计算出材料的电导率和载流子浓度。
二、临界温度测量超导材料的临界温度是指材料从超导态转变为正常导体态的温度。
临界温度是评估超导材料性能的重要指标之一。
目前常用的临界温度测量方法主要包括电阻率测量法和磁化率测量法。
电阻率测量法通过测量超导材料的电阻率随温度变化的情况来确定临界温度。
在超导态下，材料的电阻率非常低，而在临界温度以上，电阻率会迅速增加。
通过测量电阻率-温度曲线的变化，可以准确地确定临界温度。
磁化率测量法则是通过测量超导材料在外加磁场下的磁化率来确定临界温度。
在超导态下，材料对外加磁场的磁化率为零，而在临界温度以上，磁化率会突然增加。
通过测量磁化率-温度曲线的变化，可以确定临界温度。
三、超导电流测量超导材料的超导电流是指在超导态下能够通过材料的最大电流。
高温超导转变温度测量
高温超导转变温度测量填空题1.超导材料: 将在一定的低温条件下呈现出零电阻和完全抗磁性的材料称为超导材料;2.超导材料的转变温度: 电阻率降为起始转变电阻率的一半时所处的温度;3.特殊温度的一些概念：每种超导电材料都有其独特的结构,从而具有相应的特征温度;高于此特征温度,材料处于正常态,具有金属性的电阻率;低于这个特征温度,电阻率为零,材料进入超导状态;通常称这个特征温度为超导体的转变温度transition temperature 或临界临界温度Critical temperature,用 Tc 表示;当ρ刚好完全到零时对应的温度,称为完全转变温度又称零电阻温度;由于材料的化学成份不纯和晶体结构不完整等因素的影响,超导体的正常态——超导态转变是在一定的温度间隔中发生的;当我们测量电阻率温度的变化关系时;我们通常将降温过程中ρ-T 曲线开始偏离直线处对应的温度称为起始转变温度Onsetpoint,该处的电阻率以ρ0n 表示;将ρon 的 90% 到 10% 所对应的温度间隔称为转变宽度,以△T c 表示;对于纯元素超导体,△T c ≈ 10-3 K ,对于氧化物高温超导体△T ≈ 几 K ;从使用的角度看,T c 越高越好,△T c 越小越好;图形如下：简答题1、为什么要用铂电阻因为金属铂具有良好的化学稳定性,体积小而且易于安装和检测,同时铂电阻的测量范围大,在本实验中能测量出所需温度;2、为什么采用四引线法可避免引线电阻和接触电阻的影响,直接用欧姆表测不行：四引线法即每个电阻原件都采用四根引线,其中两根为电流引线,两根为电压引线；若直接用欧姆表测量导体电阻,由于表内自带电源产生电流较大,相应电流也较大,且由于接触电阻的存在,从而使得分压情况较为严重,测出的R 值不够精确,同时,测量引线通常又长又细,以及接触电阻的存在,其阻值有可能远远大于待测样品的电阻,这样就无法测量待测样品阻值；而四引线法,恒流源通过两根电流引线将待测电流提供给待测样品,而电压表则是通过两根电压引线测量样品上的电压;由于两根电压引线与样品的节点处在两根电流引线的节点之间,因此排除了电流引线与样品之间的接触电阻对测量的影响；又由于电压表的阻值很高,电压引线的引线电阻以及它们与样品之间的接触电阻对测量的影响可以忽略不计;因此,四引线法减小甚至排除了引线电阻和接触电阻对测量的影响;四引线法比一般的伏安法测电阻更为精确,更适合于测量阻值较小的电阻,故本实验采用四引线法测量样品电阻;ρ T90%50%10%变温度 T C ∆T C完全转 变温度四引线法原理图3、超导电性有应用高温超导材料的用途非常广阔,大致可分为三类：大电流应用强电应用、电子学应用弱电应用和抗磁性应用;大电流应用即前述的超导发电、输电和储能；电子学应用包括超导计算机、超导天线、超导微波器件等；抗磁性主要应用于磁悬浮列车和热核聚变反应堆等; 4、为什么样品电流要尽量小能不能用增大测量电流的方法来提高测量精确度最小多少是由什么决定的因为样品的电流大的话电阻会发热,而我们做的是高温超导实验,电阻发热会给实验造成较大的误差;其次如果样品电流大的话,电压表的分流会变大,电压表接点的电阻造成的误差就会变大;5、分析引起本实验测量误差的主要因素：①虽然样品与温度计的紧密连接使得两者的温度在很短的时间内达到一致,但是还是存在着传热过程,使得温度的测量不怎么精确;②器端引线法引入的引线电阻,这些电阻会给实验造成误差;③电阻温度计温度所测得的温度并不能完全代表样品的温度,因为能量的交换是需要一定时间的,因此当样品出现超导现象时,其温度应该比电阻温度计温度所测得的温度偏高;6、本实验是如何测量超导材料所处温度的：①样品架的温度由铂电阻温度计测定,而铂电阻温度计的电阻R则随温度变化而发生变化；②温度计电流为固定值,可以通过FD-TX-RT-Ⅱ高温超导转变温度测定仪测量得到,温度计电压则随温度变化而变化可由欧姆定律U T=IR求得,但为方便记录和观察,在测量仪中显示的为放大40倍的效果,即U=40U T；③铂电阻温度在室温到液氮温度范围内,满足RT=aT+b的线性关系;7、注意事项不一定会考,但还是看一下好1、使用液氮一定要注意安全1不要让液氮溅到人体、仪器或引线上；2液氮汽化时体积将急剧膨胀,切勿将容器出气口封死；3液氮是窒息性气体,应保持实验室有良好的通风;2、样品的焊接与保存1焊接样品时,宜用小烙铁头,不应焊动压铟点处的镀银丝,并使锡焊接点保持亮泽去除助焊剂；2钇钡铜氧YBa2Cu3O7材料易吸收空气中的水汽使超导性能变坏,应存放在有硅胶干燥剂的密封容器中;3、探棒不得剧烈震动和撞击,以免震断连接样品的涂银丝而损坏仪器;拿离和放回试验台时,一定要轻拿轻放；浸入和提离低温杜瓦时,一定要将探棒竖直对准杜瓦瓶口的中心轴线缓慢操作,避免跟瓶口和其他物体碰撞;。
实验二高温超导体的临界温度和临界电流的测量
实验二 高温超导体的临界温度和临界电流的测量“超导态”，该现象称为“超导电性”．又如现在广泛应用的半导体，其基本特性的揭示是和电阻-温度关系的研究分不开的．而在低温测量中广泛应用的电阻温度计，完全是建立在对各种类型材料的电阻-温度关系研究的基础上的．实验目的１.掌握超导材料临界温度和临界电流测试原理和方法． 2.测量反映高温超导体基本特性．3.利用电磁测量的基本手段来研究高温超导体．仪器和用具低温装置（包括真空玻璃杜瓦和测试探头），数字电压表2台（分别为215214和位的数字电压表），铂电阻温度计或铜-康铜温差电偶，恒流源（100mA ，100Ω），直流稳压电源与标准电阻（10Ω、1Ω），高温超导样品，铟丝，银引线（或细漆包线），液氮，直流放大器．实验原理１.超导体的基本特性——零电阻现象和迈斯纳效应超导材料有两个不同于其他材料的最基本特性，即零电阻现象和完全抗磁性（也称迈斯纳效应）．零电阻现象是指具有超导电性的材料，当温度下降时，其电阻随温度下降发生缓慢的变化（一种是金属性的材料，其电阻缓慢下降；一种是显示半导体性，其电阻缓慢温区内，从n R 急剧升高），而当到达某一温度时，其电阻在很窄的地变为零，超导体呈现零电阻现象．为描述电阻陡降的突变过程，起始T 是指电阻随温可以定义如下几个特征温度：起始转变温度度的变化偏离线性的温度；临界温度C T 是指电阻值下降到2/n R 时所对应的温度，零电阻温度0=R T 为电阻刚降至零时对应的温度，而把电阻变化1/10到9/10所对应的温度间隔定义为转变宽度T ∆式中0μ为真空磁导率，r μ为介质的相对磁导率，m x 为磁化率．当发生正常态到超导态的转变时，r μ由1变到零，或者说磁化率由近于零变到-1，从而使超导体内部B=0．如果把超导体材料作成线圈的芯子，则线圈自感L 和介质的磁导率的关系如下：式中n 为线圈单位长度的匝数，V 为线圈的体积，可见当发生超导转变时，磁导率r 发生变化，线圈的电感量也变化．利用超导转变时，线圈电感量变化来测量临界温度的方法，称为电感法．１.临界电流当通过超导线的电流超过一定的数值后，超导态便被破坏，转变为正常态，该电流I c 称为超导体的临界电流．当电流超过一定值后，所以能引起超导态到正常态的转化，其根本原因是由于电流所产生的磁场（自场）超过临界磁场引起的．各超导体临界电流的大小，除和超导材料组成和结构有关外，对同一种超导材料而言，与其截面积的大小和形状有关．２.测量方法及参考方案]3[所附分度值表．如用铜-康铜温差电偶，则必须利用铂电阻温度计在所使用的温区（即77K~室温）对铜-康铜温差电偶进行定标．通过样品的电流在毫安量级．本实验所用的高温超导样品是采用晶超导块材料，其结构式为Yba 2Cu 3O 7-δ为与超导样品氧含量有关的系数，样品的转变温92K 左右，由于该样品无法用焊接法直接引出引根引线是用铟丝将细银丝粘压在高温超再焊在接线片上．所有引线均由德银管的接线插座相连，并由接头接到测量电路．若采用磁测量法测转变温度，可参阅本实验后所附参考文献，自己组装测训练．意遵守下列安全规则：１.所有盛放在低温液氮的容器都必须留有供蒸发气体逸出的孔道，以免容器内压力过大引起事故．1.真空玻璃杜瓦；2.德银管；3.外套筒；4.超导样品；5.恒温紫铜块；6.液氮；7.铂电阻温度计；8.接线片.２.液氮灌入玻璃杜瓦时，应缓慢灌入，避免骤冷引起杜瓦的破裂．灌注液氮采用专用液氮灌注器．３.实验中注意不要让液氮触及裸露的皮肤特别是眼睛，以免造成严重的冻伤．４.使用液氮时，室内应保持空气通畅，防止液氮的大量蒸发造成室内缺氧．因为氧含量低于14%~15%，会引起人的昏厥．实验内容1.高温超导样品的准备本实验提供的高温超导样品，是用一般陶瓷烧结工艺制备的，先按照1：2：3的理想配比，将氧化钇、氧化铜和碳酸钡的分析纯粉末混合，然后经过研磨、预烧、压片和烧结等工艺制成直径为12mm、厚度为1mm的超导圆片，结构式为Yba2Cu3O7-δ．经切割后成为2mm×1mm截面的条形试样．粘压引线的方法如下：把从铟丝上切割下的铟粒新鲜面用削尖的竹简压贴在试样的表面，银引线的一端置于压贴好的新鲜铟面上，上端再用新鲜的铟粒面压贴固定，这样可形成良好的欧姆接触．可用万用表检查接点是否良好．2.用四引线法测量高温超导样品的临界温度，求出几个特征温度．根据提供的测试仪器和设备，决定测量方案和测试线路，选择测量参数和操作步骤，完成测量．3.测量所提供样品的临界电流，计算临界电流密度．4.参阅参考文献，用磁测量法测量临界温度，同学也可根据迈斯纳效应的特点，设计其他观察研究迈斯纳效应的实验方法．参考文献[1]章立源等．超导物理．北京：电子工业出版社，1987.8[2]贾起民，郑永令．电磁学下册．上海：复旦大学出版社，1987.182——190[3]戴乐山．温度计量．北京：中国计量出版社，1987.182——190[4]吕斯骅，朱印康．近代物理实验技术．北京：高等教育出版社，1991.240[5]俞永勤等．频率法在高温超导体中的应用．低温与超导，1989，17（4）：39——42。
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4.4高温临界超导体临界温度的电阻测量法1. 引言早在1911年荷兰物理学家卡麦林—翁纳斯发现，将水银冷却到稍低于4.2K 时，其电阻急剧下降到0.他认为，这种电阻突然消失的现象，是由于物质转变到了一种新的状态，并将此以零电阻为特征的金属态，命名为超导态。
1933年迈斯纳和奥森菲尔德发现超导电性的另一特性：超导态时磁通密度为零或叫完全抗磁性，即Mcissner 效应。
电阻为零及完全抗磁性是超导电性的两个最基本的特性。
超导体从具有一定电阻的正常态，转变为电阻为零的超导态时，所处的温度叫做临界温度，常用C T 表示。
直至1986年以前，人们经过70多年的努力才获得了最高临界温度为23K 的3Nb Ge 超导材料。
1986年4月，Bednorz 和..M u ller 创造性的提出了在Ba-La-Cu-O 系化合物中存在高C T 超导的可能性。
1987年初，中国科学院物理研究所赵忠贤等在这类氧化物中发现了C T =48K 的超导电性。
同年2月份，美籍华裔科学家朱经武在Y-Ba-Cu-O 系中发现了C T =90K 的超导电性。
这些发现使人们梦寐以求的高温超导体变成了现实的材料，可以说这是科学史上又一次重大的突破。
其后，在1988年1月，日本科学家Hirashi Maeda 报道研制出临界温度为106K 的Bi-Sr-Ca-Cu-O 系新型高温超导体。
同年2月，美国阿肯萨斯大学的Allen Hermann 和Z.Z. Sheng 等发现了临界温度为106K 的Tl-Ba-Ca-Cu-O 系超导体。
一个月后，IBM 的Almaden 又将这种体系超导体的临界温度提高到了125K 。
1989年5月，中国科技大学的刘宏宝等通过用Pb 和Sb 对Bi 的部分取代，使Bi-Sr-Ca-Cu-O 行超导材料的临界温度提高到了130K 。
这是迄今所报道的最高的临界温度。
氧化物超导材料成材困难、韧性差、临界电流密度低，临街磁场不高等缺点局限了高温超导材料的应用，但已有包银铋锶钙铜氧组成线材获得越来越多的应用。
2. 实验目的2.1. 利用稳态法测量高临界温度氧化物超导材料的电阻率随温度的变化关系。
2.2. 通过实验掌握利用液氮容器内的低温空间改变氧化物超导材料温度、测温及控温的原理和方法。
2.3. 学习利用四端子法测量超导材料电阻和热电势的消除等基本实验方法以及实验结果的分析与处理。
3. 实验仪器3.1. 低温恒温器实验用的恒温器如图1所示，均温块1是一块经过加工的紫铜块，利用其良好的导热性能来取得较好的温度均匀区，使固定在均温块上的样品和温度计的温度趋于一致。
铜套2的作用是使样品与外部环境隔离，减小样品温度波动。
提拉杆3采用低热导的不锈钢管以减少对均温块的漏热，经过定标的铜电阻温度计4及加热器5与均温块之间既保持良好的热接触又保持可靠的电绝缘。
超导样品6的安装是很重要的，前面已提及，样品要薄而平坦，用导电银浆粘接在均温块上；引线直径宜小，且与均温块保持良好的热接触及电绝缘。
另外，样品电极的制作要可靠，以免经受低温冲击时引线脱落。
铜电阻温度计的引线亦使用四引线法，以避免引线对测量的影响。
测试用的液氮杜瓦瓶宜采用漏热小，损耗率低的产品，其温度梯度场的稳定性较好，有利于样品温度的稳定。
为便于样品在液氮容器内的上下移动，附设相应的提拉装置。
图1 低温恒温器3.2. 测量仪器它由安装了样品的低温恒温器，测温、控温仪器，数据采集、传输和处理系统以及电脑组成，既可进行动态法实时测量，也可进行稳态法测量。
动态法测量时可分别进行不同电流方向的升温和降温测量，以观察和检测因样品和温度计之间的动态温差造成的测量误差以及样品及测量回路热电势给测量带来的影响。
动态测量数据经测量仪器处理后直接进入电脑X-Y 记录仪显示、处理或打印输出，稳态法测量结果经由键盘输入计算机作出R-T 特性供分析处理或打印输出。
4. 实验原理4.1. 临界温度C T 的定义及其规定超导体具有零电阻效应，通常把外部条件（磁场、电流、应力等）维持在足够低值时电阻突然变为零的温度称为超导临界温度。
实验表明，超导材料发生正常→超导转变时，电阻的变化是在一定的温度间隔中发生，而不是突然变为零的，如图2所示。
起始温度s T (Onset Point)为R-T 曲线开始偏离线性所对应的温度；中点温度m T (Mid Point)为电阻下降至起始温度电阻s R 的一半时的温度；零电阻温度T 为电阻降至零时的温度。
而转变宽度ΔT 定义为s R 下降到90%及10%所对应的温度间隔。
高C T 材料发现之前，对于金属、合金及化合物等超导体，长期以来在测试工作中，一般将中点温度定义为C T ，即C T =m T 。
对于高C T 氧化物超导体，由于其转变宽度ΔT 较宽，有些新试制的样品ΔT 可达十几K ，再沿用传统规定容易引起混乱。
因此，为了说明样品的性能，目前发表的文章中一般均给出零电阻温度T(R=0)的数值，有时甚至同时给出上述的起始温度、中点温度及零电阻温度。
而所谓零电阻在测量中总是与测量仪表的精度、样品的几何形状及尺寸、电极间的距离以及流过样品的电流大小等因素有关，因而零电阻温度也与上述诸因素有关、这是测量时应予注意的。
图2 超导材料的电阻温度曲线4.2. 样品电极的制作目前所研制的高C T 氧化物超导材料多为质地松脆的陶瓷材料，即使是精心制作的电极，电极与材料间的接触电阻也常达零点几欧姆，这与零电阻的测量要求显然是不符合的。
为消除接触电阻对测量的影响，常采用图2所示的四端子法。
两根电流引线与直流恒流电源相连，两根电压引线连至数字电压表或经数据放大器放大后接至X-Y 记录仪，用来检测样品的电压。
按此接法，电流引线电阻及电极1、4与样品的接触电阻与2、3端的电压测量无关。
2、3两电极与样品间存在接触电阻，通向电压表的引线也存在电阻，但是由于电压测量回路的高输入阻抗特性，吸收电流极小，因此能避免引线和接触电阻给测量带来的影响。
按此法测得电极2、3端的电压除以流过样品的电流，即为样品电极2、3端间的电阻。
图3 四端子接线4.3. 温度控制及测量临界温度C T 的测量工作取决于合理的温度控制及正确的温度测量。
目前高C T 氧化物超导材料的临界温度大多在60K 以上，因而冷源多用液氮。
纯净液氮在一个大气压下的沸点为77.348K ，三相点为63．148K ，但在实际使用中由于液氮的不纯，沸点稍高而三相点稍低（严格地说，不纯净的液氮不存在三相点）。
对三相点和沸点之间的温度，只要把样品直接浸入液氮，并对密封的液氮容器抽气降温，一定的蒸汽压就对应于一定的温度。
在77K 以上直至300K ，常采用如下两种基本方法。
1) 普通恒温器控温法：低温恒温器通常是指这样的实验装置：它利用低温流体或其他方法，使样品处在恒定的或按所需方式变化的低温温度下，并能对样品进行一种或多种物理量的测量。
这里所称的普通恒温器控温法，指的是利用一般绝热的恒温器内的锰铜线或镍铬线等绕制的电加热器的加热功率来平衡液池冷量，从而控制恒温器的温度稳定在某个所需的中间温度上。
改变加热功率，可使平衡温度升高或降低。
由于样品及温度计都安置在恒温器内并保持良好的热接触，因而样品的温度可以严格控制并被测量。
这样控温方式的优点是控温精度较高，温度的均匀性较好，温度的稳定时间长。
用于电阻法测量时，可以同时测量多个样品。
由于这种控温法是点控制的，因此普通恒温器控温法应用于测量时又称定点测量法。
2) 温度梯度法：这是指利用贮存液氮的杜瓦容器内液面以上空间存在的温度梯度来自然获取中间温度的一种简便易行的控温方法。
样品在液面以上不同位置获得不同温度。
为正确反映样品的温度，通常要设计一个紫铜均温块，将温度计和样品与紫铜均温块进行良好的热接触。
紫铜块连结至一根不锈钢管，借助于不锈钢管进行提拉以改变温度。
本实验的恒温器设计综合上述两种基本方法，既能进行动态测量，也能进行定点的稳态测量，以便进行两种测量方法和测量结果的比较。
4.4. 热电势及热电势的消除用四端子法测量样品在低温下的电阻时常会发现，即使没有电流流过样品，电压端也常能测量到几微伏至几十微伏的电压降。
而对于高Ｔc 超导样品，能检测到的电阻常在511010--Ω之间，测量电流通常取100A μ至10mA 左右，取更大的电流将对测量结果有影响。
据此换算，由于电流流过样品而在电压引线端产生的电压降只在231010A μ-之间，因而热电势对测量的影响很大，若不采取有效的测量方法予以消除，有时会将良好的超导样品误作非超导材料，造成错误的判断。
测量中出现的热电势主要来源于样品上的温度梯度。
为什么放在恒温器上的样品会出现温度的不均匀分布呢?这取决于样品与均温块热接触的状况。
若样品简单地压在均温块上，样品与均温块之间的接触热阻较大。
同时样品本身有一定的热阻也有一定的热容。
当均温块温度变化时，样品温度的弛豫时间与上述热阻及热容有关，热阻及热容的乘积越大，弛豫时间越长。
特别在动态测量情形，样品各处的温度弛豫造成的温度分布不均匀不能忽略。
即使在稳态的情形，若样品与均温块之间只是局部热接触（如不平坦的样品面与平坦的均温块接触），由引线的漏热等因素将造成样品内形成一定的温度梯度。
样品上的温差ΔT 会引起载流子的扩散，产生热电势E 。
E S T =∆ (1)其中S 是样品的微分热电势，单位是1V K μ-⋅。
对高C T 超导样品热电势的讨论比较复杂，它与载流子的性质以及电导率在费密面上的分布有关，利用热电势的测量可以获知载流子性质的信息。
对于同时存在两种载流子的情况，它们对热电势的贡献要乘一权重，满足所谓Nordheim-Gorter 法则：A B A B S S S σσσσ=+ (2) 式中A S 、B S 是A 、B 两种载流子本身的热电势，A σ、B σ分别为A 、B 两种载流子相应的电导率。
A B σσσ=+。
材料处在超导态时，S=0。
为消除热电势对测量电阻率的影响，通常采取下列措施：1) 对于动态测量。
应将样品制得薄而平坦。
样品的电极引线尽量采用直径较细的导线，例如直径小于0.1mm 的铜线。
电极引线与均温块之间要建立较好的热接触，以避免外界热量经电极引线流向样品。
同时样品与均温块之间用导热良好的导电银浆粘接，以减少热弛豫带来的误差。
另一方面，温度计的响应时间要尽可能小，与均温块的热接触要良好，测量中温度变化应该相对地较缓慢。
对于动态测量中电阻不能下降到零的样品，不能轻易得出该样品不超导的结论，而应该在液氮温度附近，通过后面所述的电流换向法或通断法检查。
2) 对于稳态测量。
当恒温器上的温度计达到平衡值时，应观察样品两侧电压电极间的电压降及叠加的热电势值是否趋向稳定，稳定后可以采用如下方法。