第十章超导介绍
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超导电基本现象和基本规律
超导电基本现象和基本规律
这种在低温下发生的零电阻现象, 被称为物质的超 导电性, 具有超导电性的材料称为超导体。电阻突 然消失的温度叫做超导体的临界温度, 用 Tc 表示
Tc 是物质参数, 同一种材料在相同条件下有确定 的值。例如: Hg 的 Tc=4.15K, Pb 的 Tc=7.201K, 等
由此得到与外场成比例的磁化强度
同时体内的磁场强度
3 M H0
2
M3 HH0 H0
32
球外的磁场就等于外磁场再加上等于整个球体的磁 矩的偶极子的磁场。很多精确的检验迈斯纳效应的 实验是靠测量物体的磁矩
超导电基本现象和基本规律
Meissner 效应
超导电基本现象和基本规律
§10-2 超导转变和热力学
超导电基本现象和基本规律
以上实验所确定的迈斯纳效应, 往往概括成: 超导体具有完全的抗磁性
即在超导体内保持 B 0
超导电基本现象和基本规律
完全的抗磁性并不是说磁化强度和磁 场强度等于零, 根据 B=μ0(H+M), 有
MH
除去一些特殊情况, 例如样品为圆柱体, 而 外磁场 H0 平行于轴线; 或样品为无限大平 面, H0 平行于表面, 外磁场 H0=H, 其它形 状的样品都因有退磁场的作用使 H≠H0
当温度在 Tc 以上时, 超导体和正常金属一样, 具有有 限的电阻值, 这时超导体处于正常态; 当温度在 Tc 以 下时, 超导体进入零超电导电阻基本状现象态和基—本规—律 超导态
低温技术的进展, 使人们能够获得比氦沸点(4.2K)更 低得多的温度。实验发现超导电性是相当普遍存在 的。人们发现在常压下有超导转变的元素共计 28 种
超导电基本现象和基本规律
以球形样品为例, 在均匀外场中将沿磁场方向均匀磁 化。如果磁化强度为 M, 则各处磁场强度可以根据 M 所引起的表面“磁荷”分布计算, 这样磁荷应在球内产 生均匀磁场强度（退磁场）
这种在低温下发生的零电阻现象, 被称为物质的超 导电性, 具有超导电性的材料称为超导体。电阻突 然消失的温度叫做超导体的临界温度, 用 Tc 表示
Tc 是物质参数, 同一种材料在相同条件下有确定 的值。例如: Hg 的 Tc=4.15K, Pb 的 Tc=7.201K, 等
由此得到与外场成比例的磁化强度
同时体内的磁场强度
3 M H0
2
M3 HH0 H0
32
球外的磁场就等于外磁场再加上等于整个球体的磁 矩的偶极子的磁场。很多精确的检验迈斯纳效应的 实验是靠测量物体的磁矩
超导电基本现象和基本规律
Meissner 效应
超导电基本现象和基本规律
§10-2 超导转变和热力学
超导电基本现象和基本规律
以上实验所确定的迈斯纳效应, 往往概括成: 超导体具有完全的抗磁性
即在超导体内保持 B 0
超导电基本现象和基本规律
完全的抗磁性并不是说磁化强度和磁 场强度等于零, 根据 B=μ0(H+M), 有
MH
除去一些特殊情况, 例如样品为圆柱体, 而 外磁场 H0 平行于轴线; 或样品为无限大平 面, H0 平行于表面, 外磁场 H0=H, 其它形 状的样品都因有退磁场的作用使 H≠H0
当温度在 Tc 以上时, 超导体和正常金属一样, 具有有 限的电阻值, 这时超导体处于正常态; 当温度在 Tc 以 下时, 超导体进入零超电导电阻基本状现象态和基—本规—律 超导态
低温技术的进展, 使人们能够获得比氦沸点(4.2K)更 低得多的温度。实验发现超导电性是相当普遍存在 的。人们发现在常压下有超导转变的元素共计 28 种
超导电基本现象和基本规律
以球形样品为例, 在均匀外场中将沿磁场方向均匀磁 化。如果磁化强度为 M, 则各处磁场强度可以根据 M 所引起的表面“磁荷”分布计算, 这样磁荷应在球内产 生均匀磁场强度（退磁场）
超导的原理及其应用
超导的原理及其应用一、超导的原理超导是指一种物质在低温下电阻消失的现象。
它是基于超导体的特殊电子输运性质产生的。
超导的原理主要包括以下几个方面：1.零电阻效应：超导体在超导态下，电阻将降为零。
这是由于超导态下电子与晶格相互作用的效果引起的，使电子对无散射的反相干输运。
2.迈斯纳效应：对于超导电流来说，磁场趋向于从超导体内部逼出。
这种磁场驱逐的行为称为迈斯纳效应。
3.BCS理论：超导体的高温超导性可以通过BCS（Bardeen-Cooper-Schrieffer）理论来解释。
该理论提出超导电子通过库珀对的形式运动，库珀对是两个反向自旋的电子之间由于晶格振动而产生的吸引力导致的。
4.局域电子的协作效应：超导态能够通过电子之间的协作来形成，这种协作可以通过库珀对或电子间费米子交换引起。
二、超导的应用1. 电能传输方面•超导电缆：超导电缆可以实现超低电阻的电能传输，因为它不会产生热损耗。
这也意味着在长距离输电时，超导电缆的损耗将远远低于传统的电缆，提高了输电效率。
•超导发电机：超导材料的低温性质使得超导发电机的效率非常高。
超导发电机能够高效地转换机械能为电能，同时减少了能量损耗。
2. 磁共振成像方面超导磁体在磁共振成像（MRI）中起到关键作用。
MRI是一种无创的医学成像技术，通过利用磁共振现象来生成人体内部的影像。
超导磁体能够提供强大且均匀的磁场，使得MRI成像具有更高的分辨率和更好的对比度。
3. 磁悬浮交通方面超导磁悬浮技术被广泛应用于高速列车交通系统中。
通过利用超导体在磁场中的特殊性质，可以实现高速列车的浮于轨道之上，并减少与轨道之间的摩擦阻力。
这样可以大幅提高交通运输效率，减少能耗并降低噪音。
4. 超导量子计算方面超导量子计算是一种基于量子力学的计算技术。
利用超导材料的特殊性质，超导量子计算机可以在更短的时间内进行更复杂的计算。
这将有助于提高计算效率，为诸如密码学、优化问题和大规模数据处理等领域带来重大的突破。
超导介绍及应用PPT课件
超导技术在军事工业中也可 以发挥其特有的作用，超导扫雷 具就是其中之一。超导扫雷具的 工作原理是：超导扫雷具模拟舰 船磁场特性，采用两根大电流电 缆在海水中形成电极，并与海水 组成闭合电路产生磁场，或者在 船上安装一个电磁体产生磁场， 从而得以将磁水雷引爆
(6)科学工程和实验室应用
• 科学工程和实验室是超导技 术应用的一个重要方面，它 包括高能加速器、核聚变装 置等。高能加速器用来加速 粒子产生人工核反应以研究 物质内部结构，是基本粒子 物理学研究的主要装备。
当通过超导体中的电流达到某一特定值时， 又会重新出现电阻，使其产生这一相变的电 流称为临界电流 临界磁场(Hc): 逐渐增大磁场到达一定值后，超 导体会从超导态变为正常态，把破坏超导电 性所需的最小磁场
临 界 温 度
(Tc)
临界磁场
逐渐增大磁场到 H 达一定值后，超导体 会从超导态变为正常 Hc(0) 态，把破坏超导电性 所需的最小磁场称为 临界磁场，记为Hc。
超导发电机
在电力领域，利用超导线 圈磁体可以将发电机的磁场强 度提高到5万～6 万高斯，并且 几乎没有能量损失，这种发电 机便是交流超导发电机。超导 发电机的单机发电容量比常规 发电机提高5～10倍，达1万兆 瓦，而体积却减少1/2，整机重 量减轻1/3，发电效率提高50％
超导限流器
超导限流器是利用超 导体的超导/正常态转变 特性，有效限制电力系 统故障短路电流，能够 快速和有效地达到限流 作用的一种电力设备。 超导限流器集检测、触 发和限流于一体，反应 速度快，正常运行时的 损耗很低，能自动复位， 克服了常规熔断器只能 使用一次的缺点 。
巴丁、库柏、施里弗
巴丁、库柏、施里弗获得了1972年诺贝 尔物理奖
BCS理论的三个观点
(6)科学工程和实验室应用
• 科学工程和实验室是超导技 术应用的一个重要方面，它 包括高能加速器、核聚变装 置等。高能加速器用来加速 粒子产生人工核反应以研究 物质内部结构，是基本粒子 物理学研究的主要装备。
当通过超导体中的电流达到某一特定值时， 又会重新出现电阻，使其产生这一相变的电 流称为临界电流 临界磁场(Hc): 逐渐增大磁场到达一定值后，超 导体会从超导态变为正常态，把破坏超导电 性所需的最小磁场
临 界 温 度
(Tc)
临界磁场
逐渐增大磁场到 H 达一定值后，超导体 会从超导态变为正常 Hc(0) 态，把破坏超导电性 所需的最小磁场称为 临界磁场，记为Hc。
超导发电机
在电力领域，利用超导线 圈磁体可以将发电机的磁场强 度提高到5万～6 万高斯，并且 几乎没有能量损失，这种发电 机便是交流超导发电机。超导 发电机的单机发电容量比常规 发电机提高5～10倍，达1万兆 瓦，而体积却减少1/2，整机重 量减轻1/3，发电效率提高50％
超导限流器
超导限流器是利用超 导体的超导/正常态转变 特性，有效限制电力系 统故障短路电流，能够 快速和有效地达到限流 作用的一种电力设备。 超导限流器集检测、触 发和限流于一体，反应 速度快，正常运行时的 损耗很低，能自动复位， 克服了常规熔断器只能 使用一次的缺点 。
巴丁、库柏、施里弗
巴丁、库柏、施里弗获得了1972年诺贝 尔物理奖
BCS理论的三个观点
超导和超导电磁感应
汇报人：XX
零电阻：超导体的电阻为零，电流在其内部流动不会产生任何损耗。
完全抗磁性：超导体在一定温度下会表现出完全抗磁性，即磁场无法穿透超导体。
迈斯纳效应：超导体在冷却到临界温度以下时，会排斥所有内部的磁场，使其表面形成无磁场 区域。
超导态-正常态转变：超导体在冷却过程中会经历一个转变温度，称为临界温度，当温度低于临 界温度时，超导体进入超导态。
XX,a click to unlimited possibilities
汇报人：XX
CONTENTS
PART ONE
超导体的定义：在一定温度下，电阻为零的导体。超导体的特性：完全抗磁性、零电阻 Nhomakorabea完全导电性。
超导体的应用：超导磁悬浮列车、超导电缆、超导储能等。
超导体的发现：1911年，荷兰物理学家海克·卡末林·昂内斯发现汞在极低温度下进入超导 态。
电力传输：超导材料可以用于制造超导电 缆和变压器，实现高效、低损耗的电力传 输和分配。
医学成像：超导磁感应技术可用于MRI等 医学成像设备，帮助医生进行精确的诊断。
磁力发电机：利用超导电磁感应原理， 可以制造出高效、环保的磁力发电机， 为可再生能源的利用提供新的解决方案。
新型超导材料的研究与应用 超导技术在能源领域的应用前景 超导磁悬浮技术的发展与展望 超导技术在医疗领域的应用探索
现象描述：超导材料在磁场中表现出零电阻和完全抗磁性的特性 产生原因：与材料内部的电子配对和量子力学效应有关 应用领域：超导线圈、磁悬浮列车、磁共振成像等 发展前景：随着超导技术的不断进步，超导电磁感应现象在能源、医疗等领域的应用前景广阔
磁悬浮列车：利用超导电磁感应原理实现 列车悬浮，减少摩擦力，提高运行速度。
超导10
（10.7）
jS jS0 sin0 const
因为 sin0 1 ，故 | jS | jS0
直流Josephson效应可表述为： 超导隧道电流( jS jS0)流过Josephson结,不产生电压降
几个月后，P.W.Anderson和J.M.Rowell测量了Josephson结的 I-V 特性曲线，证实了此预言
3
d
2a
1
c
0o p b
01 2 3
eV
直流成分，交流成分未予显示。实际上，在 pb 部分，直流电流
为零,交流电流不为零
3．为什么只加上直流偏压，Josephson 结中会产生交变电流？
当结两边存在直流偏压时( V 0)，Josephson方程
2e V
t
的解为
0
2e Vt
将（10.3）式代入（10.2）式，得
i
t
1
e*V 2
1
K 2
i
t
2
e*V 2
2
K
1
（10.4）
1 2
n e 1/ 2 i1 S1
n e 1/ 2 i2 S2
（10.1）
i i
t
t
1 2
e*V 2
t
jS 0
Jn
n
2e
sin
0
(n
)t
2eV
（10.11）
2）对于一些特殊的电压
超导简介
1908年，荷兰物理学家卡末林·昂内斯 ( Hei4.2 K 左右。
之前，人们已经知道，随着温度的降低，金 属的电阻也会越来越小。那么，随着温度降到热 力学温度零度附近时金属的电阻会怎样变化呢？
选择了当时最容易提纯的水银作为实验材料，在 液氦的温度下进行了认真的研究。实验的结果使
Байду номын сангаас1911年，卡末林 ·昂内斯和他的学生一起，
Hc
当通到线圈的电流产生的磁场超过一定强度 时，超导体 会突然 就变成 正常导体 ，出现了电 阻。这种大到一定强度就破坏超导态的磁场值，
叫做 临界磁场，
用
Hc 表示。
实验表明对一定的超导体临界磁场是温度的
函数。
到最大值。高于临 界值是一般导体， 低于此数值时成为 超导体。
T = Tc 时，Hc = 0 T → 0 时， Hc 达
以及磁悬浮列车等。
四 传统超导体的微观机制
1. 二流体模型 荷兰物理学家戈特和卡西米尔两个人在热力 学理论的基础上提出了一个模型。在超导体中存 在有两种电子，它们彼此独立地流动。一种是正 常的电子，另一种是超导电子。这两种电子就象 两种流体一样在超导体中流动。在正常态时，只 有正常电子，所以它的行为就和正常导体一样， 存在电阻。当 降到 c 以下时，进入超导态， 这时超导体就出现了超导电子，它们可以不受任 何阻碍地在超导体中流动， 越多。当
超导简介
1. 超导是怎样发现的？
2. 超导体有哪几个临界参量？
3. 什么是迈斯纳效应？
4. 传统超导体必须同时具有什么特性？
5.
BCS理论是什么？
6. 何为第一类超导体？ 何为第二类超导体？ 7. 什么是高温超导？ 8. 什么是约瑟夫森效应？ 9. 超导有何应用？
有关超导的介绍
磁悬浮列车和常规列车比较有许多的优点，随 着对磁浮列车的更多研究，人们发现它还具有 其 他诸多优点，如速度可以达到很高、污染小、 爬坡能力强等等。特别是采用了超导型磁悬浮 列 车，它更有体积小、磁场强、能量消耗小、 速度更高等优点，是最为理想的类型，我们知 道磁 悬浮列车有两种基本悬浮方式：电磁悬浮 方式（EML）和电动悬浮方式（EDL）。 方式（EML）和电动悬浮方式（EDL）。
高温超导
从超导现象发现之后，人们一直寻求在 较高温度下具有超导电性的材料，中国 科学家朱经武、吴茂昆、赵忠贤、陈立 泉为高温超导的发展作出了杰出的贡献 目前中国在高温超导材料研制方面处于 世界领先地位，新研制的超导体的临界 温度已达到132K 146K 温度已达到132K到146K，
超导的应用
从目前的研究情况来看，超导技术的应用可分 成三类： 一是用超导材料作成磁性极强的超导 磁铁，用于核聚变研究和制造大容量储能装置、 高速加速 器、超导发电机和超导列车，以解决 人类的能源和交通问题；二是用超导材料薄片 制作约瑟夫 逊器件，用于制造高速电子计算机 和灵敏度极高的电磁探测设备；三是用超导体 产生的磁场来 研究生物体内的结构及用于对人 的各种复杂疾病的治疗。以下就从这三个方面 来介绍超导技术 在各个领域的应用前景。
我们知道，聚能武器是把能量汇聚成极 细的能束 ，沿着指定的方向，以光速向 外发射能束，来摧毁目标。这里要解决 技术上的一个难题：如何 在瞬间提供大 量的能量。也就是说需要一个电感储能 装置，但普通线圈由于存在大量的能耗， 因此不能长时间储存大量的能量。超导 材料的零电阻的特性和高载流能力，使 超导储能线圈能 长时间、大容量地储存 能量, 能量,如右图所示。这种储存的能量可以 用于军事上，并且还可以多种 形式
超导的应用及原理
超导的应用及原理一、超导的基本原理超导是指某些物质在低温下电阻突然消失的现象。
其基本原理是电子在低温下以配对的方式运动，避免了电子碰撞产生的能量损耗。
超导的基本原理可以归结为以下几点： - 零电阻：在超导状态下，电子不受外界电场和磁场的干扰，电流可以无阻力地通过。
- 完全反射：超导体对外界磁场表现出完全反射的性质，磁场线无法穿透进入超导体内部。
- 迈斯纳效应：在超导体中，磁场线被限制在量子磁通的整数倍上，这被称为迈斯纳效应。
二、超导的应用领域超导技术在许多领域具有广泛的应用，包括但不限于以下几个方面：1. 磁共振成像（MRI）MRI是一种采用超导磁体产生强大磁场的医学成像技术。
超导磁体可以产生非常高强度的磁场，使得医生可以获得更准确、更清晰的人体内部图像，帮助诊断疾病。
2. 磁悬浮交通超导材料可以用于制造磁浮列车及磁悬浮轨道，磁浮列车可以以高速无摩擦地行驶，大大提高交通效率。
3. 磁能存储超导磁体可以存储大量的电能，并在需要的时候释放出来。
这种磁能存储技术可以在电力系统的调节和应急备电方面发挥重要作用。
4. 电力传输超导电缆具有低电阻和高传输电流的特性，可以在输电过程中减少能量损耗。
这将有助于提高电力传输效率和减少能源消耗。
5. 粒子加速器超导磁体在粒子加速器中起到关键作用，通过产生强大的磁场来加速粒子。
超导技术使得粒子加速器能够达到更高的能量和更大的粒子流强度。
三、超导的发展现状和前景超导技术自从发现以来，已经取得了巨大的进展。
不断改善的制冷技术和超导材料的不断发展，使得超导技术的应用范围越来越广。
然而，超导技术仍然面临一些挑战。
超导材料的制备成本高，需要低温环境维持超导状态，限制了其商业化应用。
此外，一些关键高温超导材料的制备和性质研究仍在进行中。
未来，超导技术有望在更广泛的领域得到应用。
随着高温超导材料的发展和制备成本的降低，超导技术的商业价值将进一步提升。
超导技术的应用领域也将继续扩展，为人类的生活和科技进步带来更多的惊喜和便利。
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几个重要概念：
1. 临界温度(Tc)：出现超导电性 的温度称为超导转变温度。 2. 起始转变温度：电阻由正常 值开始陡然下降时的温度。 3. 超导转变的可逆性：即当降 低温度至Tc时，样品电阻突然 降为零；当加热样品使温度达 到Tc时，电阻又会突然恢复正 常值，这个过程可以反复进行.
4. 超导转变宽度：电阻由正常值开始陡然下降到完全消失 的温区。对于非常纯的样品，转变宽度可小至10-5K。而较 差的样品转变宽度可扩大到几K甚至十几K．新发现的高温 氧化物超导体的超导转变宽度就相对于传统超导体更宽．
MgB2超导体在应用上的契 机更让人激动。首先，这个 超导体在20 K左右的温度， 在8万倍于地球磁场的情况 下可以承载很大的超导电流 而且能耗极低。
（2）MgCNi3 2001年，He T.等发现 三元金属间化合物超导体 MgCNi3 (超导转变温度 Tc~7 K)，它具有三维简 单立方钙钛矿结构，其Ni 元素含量高，因而颇引人关 注。Mg、C 和Ni 分别对 应钙钛矿CaTiO3 中的Ca、 Ti 和O。 有可能成为联结两大超导材料(金属化合物和钙钛矿结 构氧化物)的纽带。
经过反复检查后， 卡末林· 昂内斯终于证 实了这是真实的情况。
昂内斯因对物质 低温性质的研究和液 氦的制备而获得1913 年度的诺贝尔物理学 奖。
1911年
H. Kamerlingh Onnes发现汞(Hg)在绝对温度4.2度附近 呈现超导性(获1913年诺贝尔物理学奖)
1913年
1914年 1930年
2. 临界磁场与临界电流 当T<Tc时，当施加磁场强 度达到某一值Hc(T)时，超导 态就会变为正常态，恢复正常 电阻值。H<Hc(T)为超导态， H>Hc(T)为正常态，转变同样 具有可逆性。把Hc(T)称为临 界磁场，它是温度的函数。
T 2 H c (T ) H c (0)[1 ( ) ] Tc
三、传统超导体的唯象理论和微观机制
（1） 伦敦方程 任务：介质方程 j E 失效，寻找替代方程。
电流密度应为
* dv * 在电场E的作用下，超导电子的运动方程是 m e E dt *
（1934戈特(Gorter)和卡西米尔(Casimir)提出）
升 攀 慢 缓 度 温 变 转 导 超
近几年研究的几种重要的超导体
（1）二硼化镁
2001年1月日本东京青山学院的教授Jun kimitsu宣布了这一发现。MgB2的临界 超导温度Tc=40k. ---Robert F. Serverce.Science,295,786(2002).
MgB2 是临界温度最高的金属 化合物超导体，晶体结构为 A1B2 型六方结构,即由石墨蜂 窝型结构的B 层间插入六角密 集排列的Mg 原子构成。
1957年 1958年 1959年 1962年
J. Bardeen, L. N. Cooper及R. J. Schrieffer提出解释 超导现象的微观理论：BCS理论。 (三人获诺贝尔物理学 奖） J. Hulm及B. T. Matthias发现A15结构超导性，得到Tc＞ 20K之超导材料。 J. G. Giaever发现导体的单子隧道效应 B. D. Josephson提出超导电子对的穿隧效应 (获1973年诺贝尔物理学奖) 首先发现金属氧化物BaPb1-xBixO具超导性，Tc=13K。 F. Steglich发现重费米子超导体 D. Jerome发现第一个有机超导体
用磁光法在NbSe2样品上得到的磁通线分布图像
（7）缺陷的钉扎作用提高临界电流
理想的第二类超导体虽具有高的上临界磁场HC2(0)， 却不能承受较大的超导电流。如果第二类超导体内含有大 量缺陷(非理想第二类超导体)，这些缺陷将阻碍磁力线的 移动，称为对磁力线的钉扎作用，其结果是穿过超导体的 磁力线排列不再均匀，磁化时有滞后作用，而超导体则可 承受大的超导电流。 缺陷的钉扎作用越强，磁化的磁滞效应越大，则临界 电流也越高。用来制造高强磁场的超导线圈都是用非理想 第二类超导体制成的。例如经特殊处理的NbTi合金线临 界电流可高达 2 10 5 A/cm 2 ，可用以产生4特斯拉的 强磁场。
发现Pb于温度7.2K时具超导性。
Onnes以铅(Pb)超导体制作线圈证明永久电流之存在 发现Nb，Tc=9.2K为所有金属最高者 W. Meissner及R. Oschenfeld发现超导体具有完全抗磁 性，证明超导性之相转变是热力学相变 Meissner & Ochsenfeld提出超导状态下之完全反磁性 (Perfect Diamagnetic)，又称迈氏效应 C.J. Gorter及H. B. Casimir提出二流体模型解释超导 现象，说明超导体内的电子分超导电子和正常电子两种。 F. London及H. London由二流体模式提出所谓London model，解释迈氏效应，定义穿透深度 (penetration depth)为超导体的特性长度，即静磁场下磁力线穿透超 导体表面深度，在此深度范围内，磁力线密度呈现指数 衰减。
（6） 磁通量子化
实验观测发现，当外磁场增强 时，圆柱形正常区的磁通量并不 发生变化，而只是增多这种圆柱 形正常区的数目；当H= HC2时， 这些圆柱形正常区彼此接触，超 导区消失，整个样品成为正常态。 每个圆柱体正常区的磁通量恰 好为一个磁通量子.
0 h / 2e
即为超导体的磁通量子化现象。
临界电流： 实验还表明，如果在不加磁场的情况下，在超导体中通过 足够强的电流也将会破坏超导电性，为破坏超导电性所需 要的电流称作临界电流IC(T)． 解释：当通过样品的电流在样品表面产生的磁场达到HC时， 超导电性就被破坏，这个电流的大小就是样品的临界电 流．
这一点对其应用不利！
3. 迈斯纳(Meissner)效应（完全抭磁性）
1993年
2001年
内容提要
一、超导体的发现、研究历程 二、超导体的特征，两类超导体 三、传统超导体的唯象理论和微观机制 四、约瑟夫孙效应 五、高温超导体研究 六、铁基超导研究 七、超导研究的主要方向
一、超导的发现和研究历程
1911年，荷兰物理学家 昂纳斯(K. Onnes)首次 发现汞在4.2K的低温时 出现电阻为零的现象， 物理学上称其超导现象。 电阻突然消失是物质进 入了一种完全新的状态， 这种状态称之为超导态。 具有超导电性的物质称 作为超导体。
第十章：超导
超导研究获诺贝尔物理学奖情况
1913年 H.K.昂尼斯(荷兰) 在低温下研究物质的性质并制成 液态氦 1972年 J.巴丁(美) L.N.库柏(美) 所谓BCS理论的超导性理论 J.R.斯莱弗(美) 提出
1973年 B.D.约瑟夫森(英) 关于固体中隧道现象的发现,从理 论上预言了超导电流能够通过隧道阻挡层(即约瑟夫森效应) 1987年 J.G.柏诺兹(美) K.A.穆勒(美) 发现新的超导材料
(2) 比热容
T bT 3
ae / k BT bT 3
（3） 超导能隙
（4）同位素效应
M Tc 常数
（5） 两类超导体
T 2 H ci (T ) H ci (0)[1 ( ) ] Tc
Alexei A. Abrikosov 美国国家阿岗实验室 2003年获得诺贝尔物 理学奖
1950年
1956年
1957年
Alexei Abrkosov研究超导体在外加磁场下的行为发现两 种不同性质，将其分类为第一类和第二类超导体(Type-I and Type II Superconductor)。 预测第二类超导体于高磁场下其磁通束以三角晶格排列的 点阵排列(Abrkosov2003年获诺贝尔物理学奖)
超导电性的普遍性：至少三十余种金属（常压下） 元素在极低温度下能够成为超导体。甚至某些半导 体、多元金属氧化物、一系列合金（共计5000余 种料的分类：
常规超导体(如Nb-Ti合金)
高温超导体(如YBa2Cu3O7-x) 非晶超导材料 超导材料 复合超导材料(如超导线带材料) 重费米子超导体(如CeCu2Si2) 有机超导材料(如富勒烯等修饰的化合物)
超导转变宽度窄好还是宽好？
5.零电阻的实验验证：
美国麻省理工学院
J. Collins
2年半
法奥（J．File）和迈奥斯（R．G．Mills）利用精确 核磁共振方法测量超导电流产生的磁场来研究螺线管内 超导电流的衰变，他们的结论是超导电流的衰减时间不 低于十万年．
二、超导的主要特征，两类超导体
1. 零电阻
Tc~110K
Sheng & Herman ，发现Tl系(Tl2Ba2Ca2Cu3O10)铜氧化合物 Tc~125K A.Schilling et. al. ，发现Hg系(HgBa2Ca2Cu3O8)铜氧化 合物 Tc~134K (Hg系铜氧化合物为目前常压下Tc最高之化 合物) ，在高压下为164K J.Nagamatsu et. al. ，发现MgB2介金属化合物Tc ~40K ( 为目前Tc最高之金属化合物)
（3） 富勒烯和碳纳米管 富勒烯是一系列纯碳组成的原子簇的总称(主要有 C60和C70)。C60分子本身是不导电的绝缘体，但当碱金属
嵌人C60分子之间的空隙后，C60与碱金属的系列化合物将转变 为超导体，如K3C60即为超导体，且具有很高的超导临界温度。 与氧化物超导体比较，C60系列超导体具有完美的三维超导性， 电流密度大，稳定性高，易于展成线材等优点，是一类极具价 值的新型超导材料。
1932年
1933年 1934年
1934年
1937年 1950年
L.D. Landau提出外磁场下的超导中间态的结构模型 E.Maxwell和C.A.Reynolds发现现超导体的同位素效应 -β Tc ~ M Vitaly Ginzburg & Lev Landau首先提出超导体内的超导 电子并非局部化观念，即超导电子并非完全单独的存在， 彼此间可能些关联。电子间可能有关联的最长距离称为相 干长度(Coherent Length)。 (Landau1962年与Ginzburg2003年获诺贝尔物理学奖) L. N. Cooper提出一对电子间如存在吸引力，即可形成一 束缚态的概念(s-wave电子对)