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高温超导体电阻对温度的依赖性及迈斯纳效应研究

材料写作网    时间: 2020-07-01 09:02:55     阅读:

摘要:本文基于高温超导体电阻对温度的依赖性,采用了四点电探针和铱热敏电阻的超导材料装在铝壳中,利用计算机绘制了温度与电压(电位差)的关系图像。并且通过使磁体和超导体相互靠近,磁体的磁场在超导体表面产生超导电流,磁场被扭曲产生向上浮力,从而观测悬空状来间接证明迈斯纳效应。

关键词:迈斯纳效应;高温超导体;温度依赖性

近些年来,超导电性逐渐被人所熟悉,而在1911年,荷一位兰物理学家第一个观察到这种现象。本文以此为入手点,通过理解超导效应现象的微观效应以及库伯电子对,使用铱热电偶测量其电位差与温度变化的关系,并将其延伸、验证了迈斯纳效应。

1 理论介绍

超导电性是一种相变。当一些金属被冷却到低于某一临界温度Tc时,它们的行为就像一个完美的导体,即它们的电阻率降到零。在1911年,荷兰物理学家Kamerlingh Onnes是第一个观察到这种现象的人,他在用水银工作时注意到,电阻率低于T=4.15 K时几乎是不可测量的值,而其他金属在冷却时表现出相近的现象。它们的特征临界温度。

1957,巴丁、库珀和施里弗提供了关于超导效应现象的微观效应的解释,称为BCS理论。BCS理论是基于晶格电子相互作用,这实际上是在较高温度下电阻率增加的原因。在温度足够低的条件下,超导体中的电子会形成库珀对,会形成吸引力的相互作用。但是,当电子通过库仑相互作用排斥时,这是怎么可能的呢?这是因为正离子形成的晶格由于一个电子的通过而发生变形,导致正电荷的浓度在该区域中增加,从而吸引第二个电子,如下图1所示。

在库珀电子对中,一个电子自旋上升,另一个电子自旋下降,它们也有相反的動量。动量使得库珀电子对的行为类似于自旋零点的粒子,由于其不再服从Pauli的排斥原理,因此它们具有相同的能量状态。晶格振动和缺陷在金属的正常状态下散射电子,导致其电阻率增加,但在超导体中,一个库珀对的速度不能改变,而不改变所有的对。因此在没有散射的情况下,其中的电流可以永远持续。

超导体也同时表现出显著的磁性。当在弱外部磁场的存在下冷却到临界温度以下时,超导体将磁通从其内部排出。这就是所谓的西尔维奥>迈斯纳效应,它是由于持续电流引起的感应而产生的。然而,足够强的磁场可以使电子在磁场方向上与自身对齐,以降低它们的能量,从而破坏超导状态。破坏超导状态所需的最小磁场称为临界场BC。

1986年,J>格奥尔>本德罗兹和Karl Alex M 乌勒发现了...

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