高溫超導(dǎo)線(xiàn)材臨界轉(zhuǎn)變溫度的測(cè)定

1、高溫超導(dǎo)線(xiàn)材臨界轉(zhuǎn)變溫度的測(cè)定高溫超導(dǎo)線(xiàn)材臨界轉(zhuǎn)變溫度的測(cè)定摘要:本文介紹采用實(shí)用高溫超導(dǎo)線(xiàn)材為樣品的高溫超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)采用四點(diǎn)法和互感法兩種方法同時(shí)測(cè)量樣品臨界溫度，既有超導(dǎo)體零電阻特性又可得到超導(dǎo)體完全抗磁性的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。樣品架上放置的測(cè)溫鉑電阻和PN結(jié)電阻，可使學(xué)生同時(shí)了解導(dǎo)體、半導(dǎo)體、超導(dǎo)體的電阻與溫度特性。實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生了解低溫物理實(shí)驗(yàn)的技術(shù)特點(diǎn)、培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)十分有益。一引言1911年荷蘭物理學(xué)家卡默林翁納斯首次發(fā)現(xiàn)了超

2、導(dǎo)電性。這以后、科學(xué)家們?cè)诔瑢?dǎo)物理及材料探索兩方面進(jìn)行了大量的工作。二十世紀(jì)五十年代BCS超導(dǎo)微觀(guān)理論的提出，解抉了超導(dǎo)微觀(guān)機(jī)理的問(wèn)題。二十世紀(jì)六十年代初，強(qiáng)磁場(chǎng)超導(dǎo)材料的研制成功和約瑟夫森效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，便超導(dǎo)電技術(shù)在強(qiáng)場(chǎng)、超導(dǎo)電子學(xué)以及某些物理量的精密測(cè)量等實(shí)際應(yīng)用中得到迅速發(fā)展。1986年瑞士物理學(xué)家繆勒(KarlAlexMuller等人首先發(fā)現(xiàn)LaBaCuO系氧化物材料中存在著高溫超導(dǎo)電性，世界各國(guó)科學(xué)家在幾個(gè)月的時(shí)間內(nèi)相繼取得重大

3、突破，研制出臨界溫度高于90K的YBaCuO(也稱(chēng)YBCO)系、臨界溫度高于IIOK的BiSrCaCu(也稱(chēng)B系)氧化物超導(dǎo)體。1988年研制出的Tl系氧化物超導(dǎo)體，超導(dǎo)完全轉(zhuǎn)變溫度達(dá)125K。超導(dǎo)研究領(lǐng)域的一系列最新進(jìn)展，特別是大面積高溫超導(dǎo)薄膜和臨界電流密度高于的Bi系超導(dǎo)線(xiàn)材的成功制備為超導(dǎo)技術(shù)在各方面的應(yīng)用開(kāi)辟了十分廠(chǎng)闊的前2510cmA景。測(cè)量超導(dǎo)體的基本性能是超導(dǎo)研究工作的重要環(huán)節(jié)，臨界轉(zhuǎn)變溫度的高低則是超導(dǎo)cT材抖性能良好

4、與否的重要判據(jù)，因此的測(cè)量是超導(dǎo)研究工作者的必備手段。cT二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康腎通過(guò)對(duì)高溫氧化物超導(dǎo)材Bi一2223Ag超導(dǎo)線(xiàn)材的臨界溫度兩種方法的測(cè)定，加深cT理解超導(dǎo)體的兩個(gè)基本特性2了解低溫技術(shù)在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用3了解幾種低溫溫度計(jì)的性能及Si二極管溫度計(jì)的校正方法4了解一種確定液氮液面位置的方法。三，實(shí)驗(yàn)原理I超導(dǎo)現(xiàn)象及臨界參數(shù)1)零電阻現(xiàn)象我們知道，金屬的電阻是由晶格上原子的熱振動(dòng)(聲子)以及雜質(zhì)原子對(duì)電子的散射造成的。在低溫時(shí)，一般金屬

5、(非超導(dǎo)材料)總具有一定的電阻，如圖1所示，其電阻率ρ與溫度T的關(guān)系可表示為，(1)50AT????式中ρ是T=0K時(shí)的電阻率，稱(chēng)剩余電阻率，它與金屬的純度和晶格的完整性有關(guān)，對(duì)于實(shí)際的金屬，其內(nèi)部總是存在雜質(zhì)和缺陷，因此，即使溫度趨于絕對(duì)零度時(shí)，也總存在。0?1911年，翁納斯在極低溫下研究降溫過(guò)程中汞電阻的變化時(shí)，出乎意料地發(fā)現(xiàn)，溫度在4.2K附近，汞的申阻急劇下降好幾千倍(后來(lái)有人估計(jì)此電阻率的下限為場(chǎng)。具有臨界磁場(chǎng)是超導(dǎo)竹的一個(gè)

6、重要特性，實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，存在著兩類(lèi)可區(qū)分的磁行為。在大多數(shù)情況下，對(duì)于一般的超導(dǎo)體來(lái)說(shuō)，在以下，臨界磁場(chǎng)隨溫度下降而增加，CTCH由實(shí)驗(yàn)擬合給出與T的關(guān)系很好地遵循拋物線(xiàn)近似的關(guān)系CH式中，是T=0K時(shí)的臨界磁場(chǎng)。此類(lèi)超導(dǎo)體被稱(chēng)為第I類(lèi)超導(dǎo)體，在遠(yuǎn)低于的溫??0CHCT區(qū)，它們的臨界磁場(chǎng).此類(lèi)超導(dǎo)體被稱(chēng)為第I類(lèi)超導(dǎo)體，在遠(yuǎn)低于的溫區(qū)，它們的臨界CT磁場(chǎng)的典型數(shù)值為100Gs，此又被稱(chēng)為軟導(dǎo)體??CHT對(duì)于第II類(lèi)超導(dǎo)體來(lái)說(shuō)，在超導(dǎo)態(tài)和正常

7、態(tài)之間存在著過(guò)渡的中間態(tài)，因此第II類(lèi)超導(dǎo)體存在兩個(gè)臨界磁場(chǎng)和，當(dāng)時(shí)它具有和第I類(lèi)超導(dǎo)體相同的邁斯納1CH2CH1CHH?效應(yīng)當(dāng)，磁通開(kāi)始進(jìn)入到超導(dǎo)體中，但這時(shí)體系仍具有零電阻的特性，我們把這1CHH?個(gè)開(kāi)始進(jìn)入超導(dǎo)體的磁場(chǎng)，叫下臨界磁場(chǎng)。隨著H的進(jìn)一步提高，磁通進(jìn)入到超導(dǎo)體1CH中愈來(lái)愈多，同時(shí)伴隨著超導(dǎo)態(tài)的比例愈來(lái)愈少，隨著H增加到，超導(dǎo)體完全恢復(fù)到正常態(tài)。我們把這個(gè)叫上臨界磁場(chǎng)，磁場(chǎng)H處于的狀態(tài)為混合態(tài)。第II2CH12CCHHH

8、??類(lèi)超導(dǎo)體的上臨界磁場(chǎng)可高迭，被稱(chēng)為硬超導(dǎo)體。510Gs但對(duì)高溫超導(dǎo)體來(lái)說(shuō)，T關(guān)系并不符合(2)式關(guān)系式。??CHT4)臨界電流密度實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)對(duì)超導(dǎo)體通以電流時(shí)，無(wú)阻的超流態(tài)要受到電流大小的限制，當(dāng)電流達(dá)到某一臨界值后，超導(dǎo)體將恢復(fù)到正常態(tài)。對(duì)大多數(shù)超導(dǎo)金屬，正常態(tài)的恢復(fù)是突變的。CI我們稱(chēng)這個(gè)電流值為臨界電流，相應(yīng)的電流密度為臨界電流密度。對(duì)超導(dǎo)合金、化CICJ合物及高溫超導(dǎo)體，電阻的恢復(fù)不是突變，而是隨電流的增加漸變到正常電阻0R