高溫超導線材臨界轉(zhuǎn)變溫度的測定

1、高溫超導線材臨界轉(zhuǎn)變溫度的測定高溫超導線材臨界轉(zhuǎn)變溫度的測定摘要:本文介紹采用實用高溫超導線材為樣品的高溫超導實驗，該實驗采用四點法和互感法兩種方法同時測量樣品臨界溫度，既有超導體零電阻特性又可得到超導體完全抗磁性的實驗結(jié)果。樣品架上放置的測溫鉑電阻和PN結(jié)電阻，可使學生同時了解導體、半導體、超導體的電阻與溫度特性。實驗對學生了解低溫物理實驗的技術(shù)特點、培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W作風十分有益。一引言1911年荷蘭物理學家卡默林翁納斯首次發(fā)現(xiàn)了超

2、導電性。這以后、科學家們在超導物理及材料探索兩方面進行了大量的工作。二十世紀五十年代BCS超導微觀理論的提出，解抉了超導微觀機理的問題。二十世紀六十年代初，強磁場超導材料的研制成功和約瑟夫森效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，便超導電技術(shù)在強場、超導電子學以及某些物理量的精密測量等實際應(yīng)用中得到迅速發(fā)展。1986年瑞士物理學家繆勒(KarlAlexMuller等人首先發(fā)現(xiàn)LaBaCuO系氧化物材料中存在著高溫超導電性，世界各國科學家在幾個月的時間內(nèi)相繼取得重大

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

4、與否的重要判據(jù)，因此的測量是超導研究工作者的必備手段。cT二、實驗?zāi)康腎通過對高溫氧化物超導材Bi一2223Ag超導線材的臨界溫度兩種方法的測定，加深cT理解超導體的兩個基本特性2了解低溫技術(shù)在實驗中的應(yīng)用3了解幾種低溫溫度計的性能及Si二極管溫度計的校正方法4了解一種確定液氮液面位置的方法。三，實驗原理I超導現(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(聲子)以及雜質(zhì)原子對電子的散射造成的。在低溫時，一般金屬

5、(非超導材料)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時的電阻率，稱剩余電阻率，它與金屬的純度和晶格的完整性有關(guān)，對于實際的金屬，其內(nèi)部總是存在雜質(zhì)和缺陷，因此，即使溫度趨于絕對零度時，也總存在。0?1911年，翁納斯在極低溫下研究降溫過程中汞電阻的變化時，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(后來有人估計此電阻率的下限為場。具有臨界磁場是超導竹的一個

6、重要特性，實驗還發(fā)現(xiàn)，存在著兩類可區(qū)分的磁行為。在大多數(shù)情況下，對于一般的超導體來說，在以下，臨界磁場隨溫度下降而增加，CTCH由實驗擬合給出與T的關(guān)系很好地遵循拋物線近似的關(guān)系CH式中，是T=0K時的臨界磁場。此類超導體被稱為第I類超導體，在遠低于的溫??0CHCT區(qū)，它們的臨界磁場.此類超導體被稱為第I類超導體，在遠低于的溫區(qū)，它們的臨界CT磁場的典型數(shù)值為100Gs，此又被稱為軟導體??CHT對于第II類超導體來說，在超導態(tài)和正常

7、態(tài)之間存在著過渡的中間態(tài)，因此第II類超導體存在兩個臨界磁場和，當時它具有和第I類超導體相同的邁斯納1CH2CH1CHH?效應(yīng)當，磁通開始進入到超導體中，但這時體系仍具有零電阻的特性，我們把這1CHH?個開始進入超導體的磁場，叫下臨界磁場。隨著H的進一步提高，磁通進入到超導體1CH中愈來愈多，同時伴隨著超導態(tài)的比例愈來愈少，隨著H增加到，超導體完全恢復到正常態(tài)。我們把這個叫上臨界磁場，磁場H處于的狀態(tài)為混合態(tài)。第II2CH12CCHHH

8、??類超導體的上臨界磁場可高迭，被稱為硬超導體。510Gs但對高溫超導體來說，T關(guān)系并不符合(2)式關(guān)系式。??CHT4)臨界電流密度實驗發(fā)現(xiàn)當對超導體通以電流時，無阻的超流態(tài)要受到電流大小的限制，當電流達到某一臨界值后，超導體將恢復到正常態(tài)。對大多數(shù)超導金屬，正常態(tài)的恢復是突變的。CI我們稱這個電流值為臨界電流，相應(yīng)的電流密度為臨界電流密度。對超導合金、化CICJ合物及高溫超導體，電阻的恢復不是突變，而是隨電流的增加漸變到正常電阻0R