超导转变温度测量
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。
高温超导实验
实验十六高温超导实验自1911年昂纳斯首先发现超导电性，开拓了一个新的研究领域以来，超导电性机制、超导的应用、探索更高温区的超导体这三大方向的课题一直是世界科学界努力追求的目标。
在随后年代里，有关超导理论以及超导的强电和弱电等方面的应用不断取得新进展。
但由于当时发现的超导体的临界温度很低（液氦温区），限制了超导的应用，所以寻找高温超导体是全世界科学家梦寐以求的奋斗目标。
1986年以来，探索高温超导材料的工作取得了重大进展。
世界各地相继发现了以钇钡铜氧（YBa2Cu3O）为代表的高临界温度（液氮温区）的氧化物超导体。
为了使同学们了解有关超导体的基本知识和基本性质，我们引入了此试验。
通过本实验观测高温超导体的两个基本特性：零电阻效应和完全抗磁性。
实验目的1、了解高温超导材料的制备方法和检测与测试方法；2、通过实验观测，了解超导体的两个基本特性。
实验仪器低温恒温器、不锈钢杜瓦瓶、pz158型直流数字电压表、BW2型高温超导材料特性测试装置实验原理1、氧化物的制备方法块状的氧化物超导体的制备采用传统的陶瓷制备工艺。
这一传统的制备工艺的典型制作方法是：混均原材料、烧结、研磨、压饼（成型）、烧结、再研磨、成型、烧结、…。
这样制成的超导样品可供一般性的实验研究用。
本实验所用的超导体正是基于上述方法制得的。
首先，选用纯度为四个九的Y2O3、化学纯的BaCO3、和CuO经干燥处理后，按Y:Ba:Cu＝1:2:3的原子数配比称量混合。
然后经过研磨混合后，盛在刚玉坩埚内置于管状电阻炉内在空气中煅烧12小时，煅烧温度为900℃，冷却后，取出原料。
在经研磨过筛后，用金属模具压制成行，然后将该样品坯放在刚玉板上再次放入电阻炉内进行烧结。
炉内放样品的温度950℃，连续烧结12小时。
随后将温度控制在730℃左右（即700℃<t<750℃）维持1.5小时。
最后切断电源，让样品随炉冷却。
在整个烧结和温度高于300℃的退火过程中，始终通以每分钟一升的氧气流。
怎么实现超导实验的原理
怎么实现超导实验的原理超导实验的原理是基于超导现象的产生和特性。
超导现象是指在某些材料中，在低温条件下电阻突然消失的现象。
这种现象的产生是由于电子通过配对形成“库珀对”而引起的，库珀对的形成使得电子能够以一种无阻碍的方式移动，从而导致了电阻的消失。
超导实验通常需要具备以下条件：低温、高纯度的材料和适当的外场。
下面将详细介绍超导实验的原理。
一、低温条件超导现象只在低温条件下才能出现，温度的选择取决于所使用的超导材料的特性。
一般来说，超导转变温度一般在几个开尔文以下，最低可达到摄氏零下273.15度。
降低温度的目的是使超导材料的电子进入低能态，形成库珀对。
二、高纯度材料超导材料必须具备高纯度，以减少杂质对超导效果的干扰。
杂质的存在会影响库珀对的形成和稳定性。
为了获得高纯度的超导材料，科学家采用了各种纯化技术，如溶剂法、熔融法、气相沉积等。
三、外场超导材料在外界磁场的作用下，会发生磁化现象。
在超导态下，材料内的磁感应强度和外加磁场相等且反向，从而使得磁场线束缚在材料中。
这种被束缚的磁场线被称为“阿贝尔流线”或“滥兵衔”，它们保持了超导态材料的磁场稳定性。
超导实验的基本原理是通过在超导材料中加入外加磁场，观察超导态和非超导态之间的转变过程。
一般情况下，实验中会使用到恒温浴、脉冲磁体、临界电流浸入等设备。
超导实验的步骤如下：1. 制备超导样品选择适当的超导材料并制备高纯度的样品。
2. 降温将超导样品置于低温环境中，通常是通过液氮或液氦进行冷却，使样品达到超导态温度。
3. 加磁场在超导样品中加入外加磁场，可以通过电流通过线圈或永久磁体来产生。
4. 观察电阻变化在给定的温度和磁场条件下，测量超导材料的电阻随外加磁场变化的曲线。
当材料处于超导态时，电阻应该为零。
5. 测量样品的临界电流增大外加磁场，直到引起超导态和非超导态的转变。
测量临界电流的大小，即样品从超导态向非超导态转变时所能承受的最大电流。
通过实验可以得到超导样品的超导转变温度、磁场强度和临界电流等参数，以及超导态和非超导态之间的相图。
高温超导实验报告
高温超导实验报告【摘要】采用杜瓦容器和低温恒温器获得从液氮沸点到室温的任意温度，在此条件下，测量高温超导材料电阻的起始转变温度为101.4K、临界温度约为96.50K、零电阻温度为92.39K。
进行温度计的比对，发现硅二极管电压、温差电偶均与温度成接近线性的关系。
观察了高温超导磁悬浮现象，并定量对高温超导体的磁悬浮力与距离的关系曲线进行了扫描，进一步了解场冷和零场冷。
【关键词】液氮、高温超导、铂电阻、硅二极管、温差电偶一、引言1911年昂纳斯首次在4.2K水银的电阻突然消失的超导电现象。
1933年迈斯纳发现超导体内部的磁场是保持不变的，而且实际上为零，这个现象叫做迈纳斯效应。
1957年巴丁、库柏和施里弗共同提出来超导电性的微观理论：当成对的电子有相同的总动量时，超导体处于最低能态。
电子对的相同动量是由电子之间的集体相互作用引起的，它在一定条件下导致超流动性。
电子对的集体行为意味着宏观量子态的存在。
这一超导的微观理论成为BCS理论，1972年他们三个人共同获得了诺贝尔物理学奖。
T超导电性》，后1986年4月，柏诺兹和缪勒投寄文章《Ba-La-Cu-O系统中可能的高c来日本东京大学几位学者和他们二人先后证实此化合物的完全抗磁性。
虽然后来又发现了125K的铊系超导体和150K的汞系氧化物，但是YBCO仍是目前最流行的高温超导材料。
超导电性的应用十分广泛，例如超导磁悬浮列车、超导重力仪、超导计算机、超导微波器件等，超导电性还可以用于计量标准等。
二、原理2.1MEISSNER效应1933年，MEISSNER和OCHSENFELD通过实验发现，无论加磁场的次序如何，超导体内磁场感应强度总是等于零，即使超导体在处于外磁场中冷却到超导态，也永远没有内部磁场，它与加磁场的历史无关。
这个效应被称为MEISSNER效应。
2.2临界磁场磁场加到超导体上之后，一定数量的磁场能量用来立屏蔽电流的磁场以抵消超导体的内部磁场。
高温超导实验报告
高温超导材料的特性与表征姓名：孙淦学号：201411142030指导教师：张金星实验日期：2016年11月24日摘要本实验通过借助已定标的铂电阻温度计测量并标定硅二极管正向电阻、温差热电偶电动势及超导样品的温度计。
比较几种不同的温度计得到各自的电阻温度变化关系，同时由超导转变曲线发现超导样品温度计在高温超导区域更明显的变化，并得到了高温超导转变温度的相关参数。
演示了高温超导磁悬浮实验，并完成了零场冷和场冷条件下高温超导体的压力位移曲线测定。
关键词：高温超导、铂电阻温度计、磁悬浮、场冷、零场冷。
1引言1911年，昂纳斯首次发现在4.2K水银的电阻突然消失的超导现象。
1933年，迈斯纳发现超导体内部磁场为零的迈斯纳效应。
完全导电性和完全抗磁性是超导体的两个基本特性。
1957年，巴丁、库柏和施里弗根据电子配对作用共同提出了超导电性的微观理论——BCS理论。
1986年，柏诺兹和缪勒发现Ba-La-Cu-O化合物具有高T c的超导特性，之后高T c超导体的研究出现了突破性进展。
超导体应用十分广泛，例如超导磁悬浮列车、超导重力仪、超导计算机、超导微波器件等，还可以用于计量标准。
本实验中通过对高温超导材料特性的测量和表征，探究金属和半导体的电阻随温度的变化以及温差电效应，了解磁悬浮的原理，掌握低温实验的基本方法。
2实验原理2.1超导现象、临界参数及实用超导体2.1.1零电阻现象零电阻：温度降低，电阻变为0，称为超导电现象或零电阻现象。
只发生在直流情况下，不会发生在交流情况。
超导临界温度：当电流、磁场以及其他外部条件保持为零或不影响转变温度测量的足够低值时，超导体呈现超导态的最高温度。
起始转变温度T c,onset：降温过程中电阻温度曲线开始转变的温度。
超导转变的中点温度T cm：待测样品电阻从起始转变处下降到一半时对应的温度。
完全转变温度（零电阻温度）T c0：电阻刚刚完全降到零时的温度。
1图1:超导体的电阻转变曲线图2:第一类超导体临界磁场随温度变化转变宽度∆T c：电阻变化从10%变到90%对应的温度间隔。
超导转变温度
超导转变温度简介超导转变温度是指材料在一定温度下从正常导体转变为超导体的临界温度。
超导体具有零电阻和排斥磁场的特性，在电力输送、磁共振成像等领域有广泛应用。
超导转变温度的研究对于发现新的超导材料和改善超导性能具有重要意义。
什么是超导超导是指在超导材料中，当温度降低到超导转变温度以下时，电阻突然消失，电流可以无限流动。
这种现象是由于超导材料中的电子形成了一种称为“库珀对”的配对状态，库珀对的运动不会受到散射的影响，因此电阻为零。
超导转变温度的意义超导转变温度是一个关键的参数，它决定了材料是否可以在实际应用中发挥超导特性。
超导体的转变温度越高，就越容易实现超导状态。
高转变温度的超导体可以在较高的温度下工作，减少冷却需求，有助于实现更便捷、高效的超导技术应用。
影响超导转变温度的因素1.材料结构：超导转变温度受材料的晶体结构和结构调控的影响。
不同的晶体结构会影响库珀对的形成和稳定性。
2.化学成分：材料的化学成分也是影响超导转变温度的重要因素。
掺杂不同的元素可以改变材料的电子结构，从而影响库珀对的形成。
3.压力：对一些材料来说，外界的压力也会影响超导转变温度。
适当的压力可以改变材料的晶格常数，促进库珀对的形成。
4.电子间相互作用：电子之间的相互作用对超导转变温度有重要影响。
强的电子间相互作用会增强库珀对的形成，提高超导转变温度。
超导转变温度的发展历程低温超导早期研究发现的超导材料都是低温超导体，转变温度通常在几个开尔文以上。
最早的超导材料是汞池中的铅，其转变温度约为4.2开尔文。
后来，研究人员发现了一系列低温超导体，如铟、锡和铜氧化物等。
这些材料的转变温度相对较低，限制了超导技术的发展。
高温超导1986年，研究人员首次发现了高温超导现象，这是超导领域的一次革命性突破。
当时，他们在铁基铁砷化物中观察到了转变温度接近30开尔文的超导行为。
随后，又在铜氧化物中发现了更高的转变温度，如YBa2Cu3O7和Bi2Sr2CaCu2O8等材料，转变温度可达到90开尔文以上。
高温超导材料特性测试和低温温度计
物理仿真实验报告项目名称：高温超导材料特性测试和低温温度计院系名称：专业班级：某某：学号：高温超导材料特性测试和低温温度计一、实验目的(1) 了解高临界温度超导材料的根本特性与其测试方法。
(2) 了解金属和半导体PN结的伏安特性随温度的变化以与温差效应。
(3) 学习几种低温温度计的比对和使用方法，以与低温温度控制的简便方法.二、实验原理1911年，卡麦林翁钠斯(H,Kamerlingh Ornes, 1853-1926)用液氮冷却水银并通以几毫安的电流，在测量其端电压时发现，当温度稍低于液氮的正常沸点时，水银线的电阻突然跌落到零，这就是所谓的零电阻现象或超导电现象。
通常把具有这种超导电性的物体，称为超导体；而把超导体电阻突然变为零的温度，称为超导转变温度。
如果维持外磁场、电流和应力等在足够低的值，如此样品在这一定外部条件下的超导转变温度，称为超导临界温度，用表示。
在一般的实际测量中，地磁场并没有被屏蔽，样品过的电流也并不太小，而且超导转变往往发生在并不很窄的温度围，因此通常引起转变温度、零电阻温度和超导转变〔中点〕温度等来描写高温超导体的特性，如如下图。
通常所说的超导转变温度T c onset是指T c。
图1由于数字电压表的灵敏度的迅速提高，用伏安法直接判定零电阻现象已成为实验中常用的方法。
然而，为了确定超导态的电阻确实为零，或者说，为了用实验确定超导态电阻的上限，这种方法的精度不够高。
我们知道，当电感L一定时，如果LR串联回路中的电流衰减得越慢，即回路的时间常数τ=L/R越大，如此明确该回路中的电阻R越小。
实验发现，一旦在超导回路中建立起了电流，如此无需外电源就能持续几年仍观测不到衰减，这就是所谓的持续电流。
现代超导重力仪的观测明确，超导态即使有电阻，其电阻也必定小于10-28Ωm。
这个值远远小于正常金属迄今所能达到的电阻率10-15Ωm，因此可以认为超导态的电阻率确实为零。
1933年，迈斯纳(W.F.Meissner, 1882-1974)和奥克森尔德〔R.Ochsenfeld〕把锡和铅样品放在外磁场中冷却到其转变温度以下，测量了样片外部的磁场分布。
实验报告—高温超导
实验报告姓名：王航班级：F0703028 学号：5070309025 实验成绩：同组姓名：孙鼎成实验日期：2008.10.20 指导教师：助教35 批阅日期：高温超导材料特性测量实验目的：1了解高。
临界温度超导材料的基本电特性和测量方法。
2了解低温下半导体结的伏安特性与温度的关系。
3了解低温实验的测量方法。
实验原理：1高温超导在低温测量时，为了减少漏热，样品的测量引线又细又长，引线的电阻与样品的电阻相比不可忽略，对超导样品来说，引线的电阻要大很多。
为了减小引线电阻和接触电阻对测量带来的影响，通常采用四线测量法。
四线测量法的方法如图1所示，外两根导线为电流端，可以流过较大的测量电流，一般采用恒流源共电。
电流的大小可用标准电阻的电压算出。
内两根导线为电压端，引线中流过的电流极小，这样就可以避免引线电阻和接触电阻带来的测量误差。
在直流低电压测量中，如何判断和修正乱真电势带来的影响是十分重要的。
实际上，由于材料的不均匀性和温差，就有温差电势的存在。
通常称为乱真电势或寄生电势。
我们只要用一段短的导线把数字电压表短接，用手靠近其中一个接线端来改变温度，我们就会看到数字电压表读数的变化。
在低温实验中，待测样品和传感器处在低温中，而测量仪表处在室温中，因此它们的连接线处在温差很大的环境里，并且沿导线的温度分布还会随着低温液体液面的降低、低温容器的移动等变化而变化。
所以在涉及直流低电压测量的实验中，判定和消除乱真电势的影响是实验中一个十分重要的步骤。
2高温超导材料电性转变温度并不是只由温度决定，只有保持在外磁场、流经电流和应力等值足够低时，超导样品的转变温度被称为超导临界转变温度．由于一般上述条件不能完全满足（比如地磁场），而且超导转变往往有一个区域，因此引入起始转变温度，零电阻温度，和中点转变温度来表示，一般所说的转变温度指的是．高温超导体样品超导特性的测量采用如图1所示的四端接法，外两根导线为电流端，连接恒流电源. 内两根导线为电压端，连接内阻非常高的电压表. 这样可以避免引线电阻和接触电阻带来的测量误差．3结伏安特性与温度的关系在半导体理论中可导出结的电压和电流密度关系其中常数，是比例因子，，是禁带宽度，称能隙电压。
s+-超导能隙
S-超导能隙（S-gap）是指在超导体中，正常态与超导态之间的能量间隔。
超导现象是指在特定温度下，某些材料的电阻突然变为零，从而具有超导电性。
S-超导能隙的大小与超导体的临界温度（Tc）密切相关。
超导能隙的测量可以帮助研究人员了解超导材料的性质，以及它们在各种应用中的潜力。
S-超导能隙的实验测量方法包括以下几种：
1. 电阻测量法：通过测量材料在超导转变温度下的电阻，可以确定超导能隙的大小。
电阻突然降为零的现象表明超导态的产生。
2. 磁通测量法：利用磁通计测量超导体在超导转变温度下磁通量的变化，从而得到S-超导能隙的信息。
3. 隧道谱测量法：通过扫描隧道显微镜（STM）测量超导体表面的隧道谱，可以获取超导能隙的大小。
4. 核磁共振（NMR）测量法：通过核磁共振技术，测量超导体在超导转变温度下的核磁共振信号，进而确定S-超导能隙。
5. 谱学方法：利用谱学技术，如红外光谱、拉曼光谱等，分析超导体在超导转变温度下的光谱变化，以获得S-超导能隙的信息。
低温物理学中的低温测量与超导电子学研究
低温物理学中的低温测量与超导电子学研究低温物理学是研究在低温条件下物质的性质和行为的学科，对于解决一些重要科学问题和技术应用具有重要意义。
低温测量与超导电子学是低温物理学中的两个重要研究方向，它们在研究低温下材料性质和开发低温器件方面都有着重要的应用。
低温测量是研究低温条件下物理量测量的一门学科。
由于低温条件下，许多物理量的性质会发生显著变化，因此需要开发适用于低温环境的测量技术和仪器。
例如，温度的测量是低温物理学中的基础问题之一。
在低温下，常用的温度计如水银温度计和热电偶温度计无法正常工作，因此需要采用一些特殊的方法来测量低温。
例如，超导磁体的温度可以通过测量其电阻率或临界电流来间接获得。
除了温度测量外，低温下其他物理量的测量也是非常重要的。
例如，磁性材料的磁化率在低温下会出现显著变化，这就需要开发适用于低温环境的磁化率测量技术。
超导材料的超导转变温度是其重要性能之一，因此需要开发准确测量超导转变温度的方法。
此外，对于超流体的测量以及低温下的物理量传输等问题也是低温物理学中需要研究解决的问题。
超导电子学是低温物理学中的一个重要分支，研究超导材料在电子学中的应用。
超导材料在低温下具有零电阻和完全反射等特性，因此被广泛应用于磁共振成像、粒子探测器、量子计算等领域。
在这些应用中，超导电子学起着关键的作用。
在研究中，超导材料的制备和调控是超导电子学的关键环节。
目前，研究人员通过设计合适的材料结构和选择适当的掺杂元素，成功制备出多种高温超导材料。
此外，通过在超导材料表面引入微纳结构等技术，可以进一步控制超导性能和调整电子输运性质，从而拓展超导电子学的应用范围。
除了超导材料的制备和调控外，超导电子学还需要开发相应的器件和系统。
例如，超导量子干涉器和超导量子比特是量子计算中的重要器件。
通过利用超导电子学的特性，可以实现超导量子比特之间的量子纠缠和量子操作，从而在量子计算领域具有广阔的应用前景。
综上所述，低温测量与超导电子学是低温物理学中的两个重要研究方向。
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超导转变温度测量
1911年，荷兰物理学家Onnes发现汞在4.2 K时电阻突然消失，这是人类第一次发现超导现象。
1987年以后，中美两国科学家独立地发现Y-Ba-Ca-O体系在液氮温区具有超导性。
这类材料也被称为高温超导材料。
超导体转变温度的测量是超导研究中一项最基本、最重要的内容。
[实验目的]
1．了解并初步学会使用高温超导转变温度测量所用的各种仪器及实验软件2．测量钇钡铜氧（YBCO）电阻与温度（R-T）的关系，确定材料的超导转变温度
[实验仪器]
机械制冷机、高精度控温仪、高精度恒流源、高精度电压表
[实验原理]
1.超导电性
当物质的温度下降到某一确定值T C 以下时，其直流电阻突然降到零，把这种在低温下发生的零电阻现象称为物质的超导电性，具有超导电性的材料称为超导体，电阻突然消失的某一确定温度T C 叫做超导体的临界温度，或转变温度。
超导体的R-T特性及T C 的确定
约束超导现象出现的因素不仅仅是温度。
实验表明，即使在临界温度下，如果改变流过超导体的直流电流，当电流强度超过某一临界值时，超导体的超导态将受到破坏。
如果对超导体施加磁场，当磁场强度达到某一临界值时，样品的超导态也会受到破坏。
破坏样品的超导电性所需的最小极限电流值和磁场值，分别称为临界电流I C 和临界磁场H C。
在实验中要注意，要使超导体处于超导态，必需将其置于这三个临界值以下。
2.测量原理
采用常规的I-V四引线法，在恒定电流下测量R-T 关系，测定转变温度。
在电阻测量中，通常采用四引线法。
每个电阻元件都采用四根引线，其中两根为电流引线，两根为电压引线。
恒流源通过两个电流引线将测量电流I提供给待测样品，而数字电压表则是通过两根电压引线来测量电流I在样品上所形成的电势差V。
由于两根电压引线与样品的接点处在两根电流引线的接点之间，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；又由于数字电压表的输出阻抗很高，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，四引线测量法减少甚至排除了引线与接触电阻对测量的影响，是国际上通用的标准测量方法。
[实验内容]
1.制备YBCO样品的四引线，并将样品安装到制冷机系统内的样品载物台，并
检查测试仪表及通讯是否正常
2.制冷机启动，从室温开始冷却
3.运行R-T测试程序，从300 K降温测量，2 K步长，测试电流1 mA并正反向测
量
4.记录实验结果，作R-T曲线，并在曲线上读出超导转变温度T C onset、零电阻温
度T C0 和中点转变T C m。
[思考题]
1.举例说明超导材料哪些具体应用
2．测量过程中为何需要改变电流方向？。