2.超导材料解析
磁学中超导材料的电磁特性分析
磁学中超导材料的电磁特性分析超导材料是一种具有特殊电磁性质的材料，其在低温下能够表现出无电阻和完全磁通排斥的特点。
这些特性使得超导材料在电磁学领域具有广泛的应用，尤其在磁学中，超导材料的电磁特性分析成为研究的重要课题。
一、超导材料的电磁特性超导材料的电磁特性可以通过两个重要参数来描述：临界温度和临界磁场。
临界温度是指超导材料转变为超导态的临界温度，通常用Tc表示。
临界磁场是指在超导态下，超导材料能够承受的最大磁场强度，通常用Hc表示。
超导材料的电磁特性与其晶体结构、材料纯度以及外界磁场等因素密切相关。
例如，超导材料的晶体结构决定了其电子能带结构和能隙大小，从而影响了其临界温度。
材料的纯度对超导材料的电磁特性也有重要影响，杂质和缺陷会破坏超导材料的电子配对，降低其超导性能。
外界磁场对超导材料的电磁特性同样具有显著影响，超导材料在外界磁场作用下会出现磁通量量子化现象。
二、超导材料的电磁特性分析方法研究超导材料的电磁特性需要使用一系列分析方法和实验手段。
其中，磁化率测量是一种常用的方法。
磁化率是材料对外界磁场响应的程度，超导材料的磁化率在临界温度附近会出现明显变化。
通过测量超导材料在不同温度下的磁化率，可以确定其临界温度。
另一种常用的方法是磁滞回线测量。
磁滞回线是材料在外界磁场变化过程中磁化强度与磁场强度之间的关系曲线。
超导材料在超导态下，磁滞回线呈现出完全磁通排斥的特点，可以通过测量磁滞回线的面积来计算超导材料的临界磁场。
此外，磁化率和磁滞回线测量还可以用于研究超导材料的磁通动力学行为。
超导材料在外界磁场作用下，磁通量会发生变化，形成磁通量的运动。
通过测量磁滞回线的形状和磁化率的变化，可以研究超导材料的磁通动力学行为，包括磁通量的损耗和磁通量的穿透深度等。
三、超导材料的应用超导材料的电磁特性使其在磁学领域具有广泛的应用。
其中，最常见的应用是超导磁体。
超导磁体利用超导材料的完全磁通排斥特性，可以产生强大的磁场，广泛应用于核磁共振成像、磁共振成像和粒子加速器等领域。
超导材料的结构与特性分析
超导材料的结构与特性分析超导材料是指在低温下电阻为零的材料。
在超导体中，电子会以无阻力的方式流动，因此电流可以在其中流动无限长的时间。
这使超导材料在许多领域中具有重要应用，例如在MRI医疗成像和在电力输送中节省能源。
本文将介绍超导材料的结构与特性，帮助读者了解这种材料的基本原理和应用。
1. 超导材料的结构超导材料的结构可以分为两类：金属超导体和氧化物超导体。
1.1 金属超导体金属超导体是由固态金属制成的。
这种材料在超过临界温度时表现出金属性质，而在低于临界温度时表现出超导性质。
金属超导体的晶体结构类似于钻石结构，其中原子按照一定的规则排列。
金属超导体的临界温度通常较低，一般在个位数经ˍơ。
1.2 氧化物超导体氧化物超导体是由氧化物构成的复杂结构材料。
这种材料通常具有复杂的晶体结构，由于原子之间的相互作用而表现出超导性质。
例如，一种氧化物超导体是由铜、氧和铁组成的，其晶体结构非常复杂，并且原子之间形成了许多不同的结构。
氧化物超导体的临界温度通常较高，可以达到数十开尔文。
2. 超导材料的特性超导材料具有许多独特的特性，这些特性是当今科学和工程中广泛应用超导材料的重要原因之一。
以下是超导材料的一些主要特性。
2.1 零电阻超导材料不会在流动电流时损失能量，即电阻为零。
这意味着电流可以在其中流动无限长的时间，因此超导材料被广泛用于需要高电流密度的应用，例如电动汽车和磁共振成像。
2.2 磁通排斥超导材料对磁场表现出强烈的反抗力。
当材料降至超导状态时，它对磁场形成了一种称为磁流体的排斥力，这意味着磁通不能穿透材料。
这种特性使超导材料适用于制造高磁场强度的磁体，例如MRI扫描器和核磁共振仪。
2.3 超导泄漏材料的超导状态不是永久的，当磁场密度超过材料能承受的临界值时，它将失去超导性。
这种现象称为超导泄漏，它限制了超导材料在强磁场应用中的使用。
2.4 临界温度超导材料的临界温度是指材料必须降至的温度，以便表现出超导性质。
超导材料的分类
超导材料的分类
超导材料可以根据不同的特性进行分类。
以下是一些常见的超导材料分类：
1. Type-I超导材料：Type-I超导材料具有一个临界磁场，超过
该磁场时，超导状态会被破坏。
2. Type-II超导材料：Type-II超导材料具有两个临界磁场，一
个临界磁场以上但低于另一个临界磁场时，材料可保持超导状态，但会出现磁通穿透。
3. 低温超导材料：低温超导材料的临界温度通常在液氮温度以下（77 K或-196°C）。
4. 高温超导材料：高温超导材料相对于低温超导材料来说，其临界温度较高，通常高于液氮温度（77 K）。
5. 铜氧化物超导材料：铜氧化物超导材料是一类高温超导材料，具有较高的临界温度，例如La2-xSrxCuO4。
6. 铁基超导材料：铁基超导材料是另一类高温超导材料，其超导性质与铁元素相关，例如BaFe2(As1-xPx)2。
7. 铟化铁超导材料：铟化铁超导材料是一类新型的高温超导材料，在高压下具有很高的超导临界温度，例如YxCa1-
xFe2As2。
8. 钛基超导材料：钛基超导材料是一类还具有磁性的高温超导材料，例如MgB2。
这只是超导材料的一些常见分类，随着科学研究的发展，还可能出现新的超导材料分类。
2.超导材料
磁悬浮现象就是超 导体具有完全抗磁性的 证明。人们做过这样一 个实验，在一个浅平的 锡盘中，放入一个体积 很小磁性很强的永久磁 铁，然后把温度降低， 使锡出现超导性。这时 可以看到，小磁铁竟然 离开锡盘表面，飘然升 起，与锡盘保持一定距 离后，便悬空不动了。
产生这一现象的原因，是由于超导体的 完全抗磁性，使小磁铁的磁力线无法穿透超 导体，磁场发生畸变，便产生了一个向上的 浮力。进一步的研究表明：处于超导态的物 体，外加磁场之所以无法穿透它的内部，是 因为在超导体的表面感生一个无损耗的抗磁 超导电流，这一电流产生的磁场，恰巧抵消 了超导体内部的磁场。
3.2迈斯纳效应(完全抗磁性)
迈斯纳 (Meissner) 于 1933 年通过实验证明， 当金属在外磁场中冷却而从非超导态转变 为超导态时，体内原有的磁力线立即被推 出体外，磁感应强度恒等丁零，这种现象称 为迈斯纳效应。迈斯纳效应又叫完全抗磁 性。而且若对超导体施以强外磁场 (小于等 于Hc) ，体内亦将没有磁力线透过。也就是 说，超导体不仅是一个理想的导电体，而 且也是一个理想的抗磁体。现常用迈斯纳 效应这个重要性质来判别物质是否具有超 导性。
为了防止合金在高温下被氧化和排除气 体，以获得良好的加工性能和较纯净的合金， 需要在真空或惰性保护气氛中熔炼。先在电 子轰击炉中熔炼成初锭，作为真空电弧熔炼 的自耗电极。再经真空自耗熔炼成 Nb-Ti 合 金锭。有时为了得到均匀的 Nb-Ti 合金锭， 需经多次重熔。但是，从超导性来看，杂质 的存在有利于Jc的提高（作为强磁场超导合 金材料要求其Jc高）。一定含量的杂质，常 常是改善超导性能所必要的。所以未必重熔 次数愈多、纯度愈高愈好。
大家都知道，若将金属线圈放在磁场中，则线圈内将产生感应 电流，对于正常金属线圈来说，当磁场去掉后，线圈内电流很 快衰减为零，而对于超导线圈，情况却完全不同，图 1 是著名 的持续电流实验。将一超导线圈放在磁场中并冷却到临界温度 以下，突然撤去磁场，则在超导线圈中产生感生电流。
超导材料研究进展
超导材料研究进展超导材料是一种具有极低电阻的材料，它们可以在超低温下（通常在液氦的温度以下）表现出这一特征。
这对于很多应用领域来说非常有意义，如电力输送、电力存储、医疗成像等。
因此，随着技术的不断发展，越来越多的研究人员开始致力于超导材料的研究。
第一部分：目前最先进的超导材料在目前已知的超导材料中，镁二硼、铁基超导体和铜基超导体都是比较先进的材料。
镁二硼是一种非常简单的超导材料，由镁和硼组成。
它的关键在于硼的原子级别的杂质，这可以导致电子形成成对状态。
铁基超导体是由铁磁性、旋转涨落和超导效应等因素共同发展而来的，它集合了三个世界级的物理学领域，分别是物理学、化学和材料科学。
铜基超导体则是目前最广泛研究的一种超导材料。
它常常采用氧化铜和其他金属元素组成的复杂结构。
第二部分：超导服务多种应用领域超导材料可以为很多应用领域带来更好的性能和更低的成本。
其中，最为重要的领域之一就是能源领域。
针对电力输送领域，超导电缆可以显著减少能源损耗。
另外，超导材料可以被用来制造更高性能的发电机和变压器。
在电力存储领域，超导电池可以比传统电池存储更多的电力，并且用更短的时间寻找每一个电荷。
在医疗成像领域，MRI（磁共振成像）已经成为了一种非常重要的工具。
超导线圈是MRI成像的核心组成部分，可以为成像提供高质量的图像和高灵敏的探测能力。
第三部分：超导材料的研究成果近年来，超导材料的研究进展取得了很多成果。
例如，瑞典的科学家们发现，当超导材料暴露在人工合成的纳米结构之中时，它们的性能显著提高。
这种过程称为纳米结构化改性，可以导致超导材料的超导性能提高10倍以上。
丹麦研究人员也研发了一种基于细胞色素C的能量最小化技术，来开发新型的超导材料制造技术。
这种技术能够仿佛自然界进化一样创造出更好的超导材料。
包括斯克里普斯研究所在内的其他机构，也不断投入更多的资源来研究超导材料的工作原理和制造技术，以让超导材料更好地服务于应用领域。
总结：虽然超导材料的研究一直在持续，但在解决制造上的复杂性和保持超导材料在高温下的性能方面仍有很多的挑战。
第一类和第二类超导体的定义
第一类和第二类超导体的定义
超导体是一种在低温条件下具有超导电性的材料，即在一定的电流和磁场下，其电阻为零，能够完全导电。
根据研究发现，超导体可以分为两大类：第一类超导体和第二类超导体。
第一类超导体，也称为完全超导体，是指在超导态下能够完全抵抗外部磁场的材料。
它们通常是由单质金属或合金构成，例如铅、汞等。
在超导态下，第一类超导体的电流密度不会超过一定的临界值，而外部磁场对它们的影响相对较小。
这意味着它们在外部磁场下的超导电性是非常稳定的。
第二类超导体，也称为混合超导体，与第一类超导体相比，其超导性质更加复杂。
第二类超导体通常由化合物构成，如钙钛矿型氧化物等。
在超导态下，第二类超导体的电流密度可以高于临界值，其内部存在许多微小的超导区域和正常区域，这些区域的相互作用会影响材料的超导性质。
此外，在外部磁场下，第二类超导体会在其表面形成磁通束缚区，导致其磁通量分布不均匀。
总之，第一类和第二类超导体的差异在于其对外部磁场的响应不同，第一类超导体可以完全抵御外部磁场，而第二类超导体则会在其表面形成磁通束缚区，导致其磁通量分布不均匀。
它们各自都有自己的优点和缺点，在不同的应用中都有重要的作用。
超导材料的工作原理
超导材料的工作原理超导材料是一种具有极低电阻和完全排斥磁场的材料。
超导现象是一种在低温下出现的量子现象，它基于电子之间形成的库伦配对和库伦势能的减小。
超导现象的发现和理解对于物理学和工程学领域都具有重要意义。
一、超导现象的发现超导现象的发现可以追溯到1911年。
当时，荷兰物理学家海克·卡曼斯和海尔曼·奥尼斯发现，在低温下，汞的电阻突然减为零。
这一发现引起了科学界的广泛兴趣，并催生了对超导现象的深入研究。
二、超导材料的特性超导材料具有以下几个显著的特性：1. 零电阻：超导材料在超导状态下具有极低的电阻，电流可以在其中自由流动，而无需消耗能量。
这使得超导材料在能量传输和电路应用方面具有巨大优势。
2. 完全磁场排斥：超导材料在超导状态下表现出完全排斥磁场的特性，这被称为迈斯纳效应。
超导材料能够将磁场完全从其内部排斥，在磁场边界处形成一个磁屏蔽区域，这对于磁场应用和磁悬浮技术具有重要作用。
3. 战斗击退：当超导体受到足够大的磁场时，它会失去超导态，并逐渐恢复到正常导体状态。
这种现象被称为战斗击退，其机制与超导材料内部电流的分布和磁场对电子配对的影响有关。
三、超导材料的工作原理涉及两个重要的概念：库伦配对和库伦势能的减小。
1. 库伦配对：在超导材料中，电子通过相互吸引形成成对的状态，这种成对的电子被称为库伦配对。
这种形成配对状态的机制是由电子-声子相互作用引起的。
声子是晶格振动的量子，它能够在超导材料中传递电子之间的相互作用。
2. 库伦势能的减小：在超导材料中，由于配对电子的自旋和动量是互补的，电子之间的静电库伦势能会减小。
这种减小导致了超导材料电子对的稳定存在。
在超导材料中，减小的库伦势能超过了与电子散射和能量分散相关的耗散效应，电子对可以在整个材料中自由移动，从而导致了零电阻的现象。
四、超导材料的应用超导材料的广泛应用涵盖了多个领域，包括能源传输、电力设备、医学成像和科学研究等。
1. 能源传输：由于超导材料具有零电阻的特性，其用于电力传输可以大大减少能量损耗和传输过程中的电流损失。
超导材料
超导材料超导材料超导材料是指在超导态下能够实现零电阻和完全磁通排斥的物质。
这是一种非常特殊的材料，在低温下具有很高的电导率。
超导材料的发现对科学和工业领域都产生了巨大的影响。
本文将介绍超导材料的概念、发现历史、特性和应用等方面的内容。
超导材料的概念最早可以追溯到1911年，当时荷兰物理学家海克·卡末林·奥恩斯和海尔曼·科内斯发现了汞在低温下的超导性质。
自那以后，科学家们一直在寻找更多的超导材料，并不断探索和研究超导现象的原理。
超导材料的最大特点是零电阻。
当超导材料被冷却到临界温度以下时，材料内的电流可以在不损耗能量的情况下持续流动。
这意味着超导材料可以实现高电流密度和高电导率，可以在电力输送、磁共振成像等方面发挥巨大的潜力。
除了零电阻外，超导材料还具有完全磁通排斥的特性。
当磁场穿过超导材料时，超导电子将把磁力线排斥出材料，形成所谓的“迈斯纳效应”。
这种特性使超导材料在磁悬浮、磁阻限制等领域具有广泛的应用。
超导材料的发现和研究对科学产生了巨大的影响。
它不仅突破了传统材料的电阻极限，也为解决能源和环境问题提供了新的思路。
例如，在能源输送方面，超导材料可以大大减少电能损耗，提高输电效率。
在磁共振成像方面，超导磁体可以提供极强的磁场，使成像更加精确并缩短检查时间。
此外，超导材料还在科学研究中发挥着重要作用。
它在粒子物理学、高能物理学和凝聚态物理学等领域有广泛的应用。
例如，在核聚变研究中，超导材料可以用于制造超导磁体，产生强大的磁场来控制等离子体。
超导材料的应用还延伸至工业领域。
在交通运输方面，超导磁悬浮技术可以实现高速列车的悬浮和推进，提供更快、更安全、更节能的交通方式。
在能源领域，超导磁能储存技术可以在低谷电力储能和紧急供电方面发挥重要作用。
虽然超导材料在理论和实验研究中取得了重要进展，但目前仍面临着一些挑战。
首先是超导材料的高温超导问题。
迄今为止，大多数超导材料的超导转变温度都在很低的液氮温度以下，这限制了超导材料应用于实际场景的可能性。
超导现象的原因
超导现象的原因超导现象的原因超导现象是一种物理现象，指的是在低温下某些物质的电阻为零。
这种特殊的电性质使得超导材料在电子学、磁学等领域有着广泛的应用。
那么，超导现象的原因是什么呢？本文将从以下几个方面进行分析。
1. 超导材料的基本特征超导材料具有以下基本特征：（1）在临界温度下，电阻突然变为零。
（2）在外加磁场下，磁通量会被限制在一定范围内。
（3）当外加磁场强度达到一定值时，材料会失去超导性。
这些特征表明，超导现象与材料中电子和磁场之间的相互作用密切相关。
2. 超导理论超导理论最早由荷兰物理学家卡末林于1911年提出。
他认为，在低温下，金属中自由电子会形成一种“电子气体”，这种气体可以通过库伦相互作用而形成一个稳定的状态。
在这个状态下，自由电子可以组成“库伦对”，这些库伦对可以在材料中自由移动，而不受电阻的影响。
后来，英国物理学家BCS提出了一种更加完整的超导理论。
他认为，在低温下，金属中的电子会形成一种“库伦相互作用能带”，这种能带具有一个空间波函数。
当两个电子之间的距离很小时，它们会形成一个稳定的“库伦对”，这个库伦对也具有一个空间波函数。
在这个状态下，库伦对可以在材料中自由移动，而不受电阻的影响。
3. 超导现象的原因根据超导理论，超导现象的原因可以归结为以下几点：（1）低温：超导现象只出现在非常低的温度下。
这是因为在高温下，电子之间存在大量热运动，并且杂质和缺陷也会影响电子之间的相互作用。
（2）库伦相互作用：金属中电子之间存在庞大的库伦相互作用力。
当温度足够低时，这些相互作用力可以使得电子形成稳定的库伦对。
（3）空间波函数：BCS理论认为，在低温下，金属中的电子会形成一种能带，这种能带具有一个空间波函数。
当两个电子之间的距离很小时，它们会形成一个稳定的“库伦对”，这个库伦对也具有一个空间波函数。
在这个状态下，库伦对可以在材料中自由移动。
（4）磁场：超导现象还与外加磁场有关。
当外加磁场强度较小时，超导材料可以承受一定程度的磁场。
半导体和超导体的概念
半导体和超导体的概念半导体和超导体是现代电子学中至关重要的两大概念。
半导体是指在一定温度下，其导电性能介于导体和绝缘体之间的一类材料；而超导体则是指在低温下，其电阻为零的一类材料。
这两个概念的诞生和发展，对于现代电子技术的发展和应用产生了深远的影响。
一、半导体的概念和特点半导体是指在一定温度下，其导电性能介于导体和绝缘体之间的一类材料。
它的导电性能介于导体和绝缘体之间，因此被称为半导体。
半导体具有以下几个特点：1. 导电性能介于导体和绝缘体之间。
在半导体中，电子的能带结构介于导体和绝缘体之间。
当半导体的温度上升时，其导电性能逐渐增强。
2. 具有PN结的特性。
PN结是半导体器件中最基本的元件之一。
PN结是由P型半导体和N型半导体组成的，它具有单向导电性，可以用于制造二极管、三极管等器件。
3. 可以被掺杂。
掺杂是指在半导体中加入少量的杂质，从而改变半导体的导电性能。
掺杂可以将半导体分为P型半导体和N型半导体。
4. 具有光电效应。
半导体材料具有光电效应，即当光照射在半导体上时，会产生电子和空穴对，从而产生电流。
这种效应被广泛应用于太阳能电池、LED等器件中。
二、超导体的概念和特点超导体是指在低温下，其电阻为零的一类材料。
超导体的发现是在1911年，当时荷兰物理学家海克·卡迈伦斯发现在低温下，汞的电阻为零。
这一发现引起了科学界的广泛关注，随后在研究中发现了更多的超导体材料。
超导体具有以下几个特点：1. 电阻为零。
在超导体中，电流可以无阻力地流动，因此电阻为零。
这种特性被广泛应用于制造超导磁体、超导电缆等器件。
2. 低温要求高。
超导体的电阻为零要求材料处于低温状态，通常需要将其冷却到接近绝对零度的温度。
3. 磁场排斥。
在超导体中，磁场会被排斥出材料，这种现象被称为迈斯纳效应。
这种效应被广泛应用于制造磁浮列车、MRI等器件。
4. 超导态可以被磁场破坏。
当超导体处于强磁场中时，其超导态可以被破坏，从而导致电阻出现。
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11
• 实验表明，当达到临界温度时，晶格结构没有发 生变化，但金属比热却发生了跳跃式转变。 这种转变是由于电子 发生了某种转变，可 能金属内的电子变成 了“超流电子”。基 于这种联想高特-卡西 米提出了二流体模型
12
二流体模型认为金属超导转变后，金属中一 部分正常电子凝聚成超流状态，其行动完全自由， 畅通无阻，这是一种有序状态，是由于动量凝聚 造成的。
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零电阻是超导体最基本的特性，它意味
着电流可以在超导体内无损耗地流动，使电
力的无损耗传输成为可能； 同时，零电阻允许有远高于常规导体的
载流密度，可用以形成强磁场或超强磁场。
30
发现超导电性后，昂内斯即着手用超导体来 绕制强磁体，但出乎他的意料，超导体在通上不 大的电流后，超导电性就被破坏了，即超导体具 有临界电流Ic。 此后，又发现了超导体的临界磁场Hc。 Ic 和 Hc 也是超导体的基本特性，是实现超导 体强电应用的必要条件。
26
2. 第二类超导体：具有两个临界磁场 Hc1、Hc2 ，并且可以经 历超导态、混合态和正常态这三种状态的超导体，叫第二 类超导体。
27
27
2.2、超导体的三个临界参数
1911年，荷兰物理学家昂内斯(Onnes)在成功 地将氦气液化、获得4.2K的超低温后，开始研究 超低温条件下金属电阻的变化，结果发现：当温 度下降至4.2K时，汞电阻突然消失了！这就是超 导现象，此时的温度称为超导临界温度Tc。
7
1986年，贝特诺茨和缪勒从别人多次失败中
总结教训，放弃了在金属和合金中寻找超导材料
的老观念，终于发现一种Ba-La-Cu-O 系氧化物
材料 (BLCO) 材料在43K这一较高温度下出现超
导现象。
8
而后朱经武发现的铊钡钙铜氧系合金的超导温度更
接近室温，达120K。使超导温度从极为寒冷的液氦区进
13
另一个实验是伦敦的模型，超导电流只分布在超 导线表面附近的薄层内，超导体内没有电流也没 有磁场，因此体现抗磁性。
14
二流体模型的成功之处：
• 1.把超导体中的电子分为两类：常态电子和超导电子。
• 2.认为超导态与电子的状态有关。 二流体模型的局限性： • 1.电子是如何从常态变成超导态？ • 2.为何超导电流只分布在超导线表面附近的薄层内？
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·BCS理论
· 同位素效应 · 超导能隙
· 机理解释
16
· 同位素效应
• 超导临界转变Tc 与原子质量的平 方根成反比
1 Tc ( 1 / 2) M
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• 由于晶格振动的频率也与原子量的平方根成反比， 所以同位素效应也暗示了超导体中电子行为和晶 格之间的密切联系。
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超导能隙
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电子在晶格点阵中运动，它对周围的正离子有 吸引作用，从而造成局部正离子的相对集中，导致 对另外电子的吸引作用。这样两个电子通过晶格点 阵发生间接的吸引作用。
21
库柏电子对
• 库柏(Cooper)证明：当2 个电子间存在净的吸引作 用时，在费米面附近就存 在一个动量大小相等、方 向相反且自旋相反的束缚 态；它的能量比2个独立的 电子总能量低，这种2个电 子对的束缚态称为库柏对 。
入到比较温暖的液氮区。
9
二 超导基本原理
• 二流体模型
·BCS理论
10
二流体模型
比热： 金属晶体的基本组成单位是原子，而原子又是 由原子核和核外电子组成，电子在金属内共有 化，所以金属实际上是由带正电的离子组成的 晶格点阵（C1)和电子气（Ce)组成。不难想象， 金属比热包含晶格比热和电子比热。前者和T3
4
低温超导体应用的局限性
• 低温超导体的临界转变温度最高为 30 K，
因此，它必须在液氦 (零下269C) 温度下 工作。
• 液氮 (零下196C) 无论在价格、来源和制
备都比液氦具有大得多的优势。
5
26 种超导金属元素
6
研究发现：金属合金的超导转变温度比单 质金属稍微高一些
锗三铌 (Nb3Ge) 的超导转变温度为 23.2 K, 在 20 世纪 80 年代以前是最高记录。
BCS超导微观理论
3. 在绝对零度下，对于超导态，低能量的即在费米 球内部深处的电子，仍与处在正常态中的一样。
但在费米面附近的电子，则在吸引力作用下，按相 反的动量和自旋全部结成库柏对，也就是凝聚的 超导电子，在有限温度下，一方面出现一些不成 对的单个激发电子，相当于所谓正常的电子；
另一方面库柏对吸引力减弱，结合程度变差。温度 越高，成对的电子数越少，结合程度越差。当达 到临界温度时，库柏对全部拆散成单个的正常电 子，超导态即转变成正常态了。
BCS超导微观理论
1. 超导电性来源于电子间通过晶格作媒介所产生的相互吸引 作用，
当这种作用超过电子间的库仑排斥作用时，电子会形成束缚 对，也就是库柏电子对，从而导致超导电性的出现。 库柏对会导致能隙存在，超导临界场、热力学性质和大多数 电磁学性质都是这种库相对活动的结果。 元素或合金的超导转变温度与费米面附近电子能态密度N(EF )和电子-声子相互作用能U有关，可用电阻率来估计。
用BCS理论解释超导性质
零电阻、能隙的解释
• 在超导态情况下，载流子是库柏电子对。库 柏对的电子虽然受到散射，但在过程中，总 动量不变，电流就不会变，相当于无阻状态 • 能隙就是破坏一个库柏对所需要的能量，至 少2 Δ
超导体的分类
1. 第一类超导体：只有一个临界磁场 Hc 和正常态、超导态两 种状态的超导体叫第 一类超导体。
• 由超导态的比热容可知 ，超导态的电子能谱中 存在一个半宽度为Δ的 能量间隔，在这个能量 间隔内禁止电子占据， 人们把2Δ或Δ称为超 导态的能隙。
机理解释
L. N. Cooper认为超导态是由正则动量(机械
动量与场动量之和)为零的超导电子组成的，它是
动量空间的凝聚现象。要发生凝聚现象，必须有 吸引力的作用存在。
2.3.4
超导材料
1
2 超导材料
超导材料是一种没有电阻的材料，既 能节约能量，还能把电流储存起来。
2
2.1 超导材料的发展历程
1911年，科学家发现，金属的电阻和 它的温度条件有很大关系： 温度高时，它的电阻就增加，温度低 时电阻减少。
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1.超导现象的发现
1911年，昂内斯选
择了水银作为实验材料， 在液氦的温度下进行研究。 发现温度降到 4.2 K 左右 时，水银的电阻竟然消失 了！