建筑工程类超导复习(课堂讲义).ppt

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超导材料复习 零电阻效应 Tc Hc Ic 迈斯纳效应: 处于超导状态的材料,其体内磁感应强度B等于零的现象称为迈斯纳效应。 产生迈斯纳效应的原因: 当超导体处于超导态时,在磁场的作用下,表面产生无损耗感应电流,这个电流产生的磁场与原磁场的大小相等,方向相反,因而总合成磁场为零。即,无损感应电流对外加磁场起着屏蔽的作用 同位素效应: 转变温度Tc依赖于同位素质量M的现象就是同位素效应。 原子质量M反映了晶体的性质,临界温度Tc反映了电子性质,同位素效应把晶格与电子联系起来了。而在固体理论中,描述晶格振动的能量子称之为声子,因此,从同位素效应可知,电子--声子的相互作用与超导电性有密切关系。 超导能隙: 费米能EF附近半宽度为Δ的能量间隔,在这个能量内没有电子存在,人们把这个Δ叫做超导能隙,能隙大约是10-3-10-4电子伏特数量级。 在绝对零度,能量处于能隙下边缘以下的各态全被占据,而能隙以上的各态则全空着,这就是超导基态。 超导能隙的出现反映了电子结构在从正常态向超导态转变过程中发生了深刻变化。 库柏电子对: 两个电子通过晶格点阵发生间接的吸引作用,如果这种吸引作用超过电子之间的库仑排斥作用,而表现为净的相互吸引作用,这样的两个电子被称为库柏电子对。能够形成库柏对的电子,一般处于费米面附近,动量大小相等方向相反且自旋相反,记为(k↑,一k↓)。 库柏电子对的距离,称为超导态的相干长度。 只存在一个临界磁场,在临界磁场以下显示超导性,超过临界磁场便立即转变为正常态的超导体,称为第I类超导体 B/m0 H -M H Hc Hc 第I类超导体 -M H Hc1 Hc2 B/m0 H Hc2 Hc1 存在两个临界磁场,下临界磁场HC1和上临界磁场HC2,当外磁场H小于HC1时,同第I类超导体一样,磁通被完全排出体外;当外场大于HC2时,材料处于正常态;当磁场介于至HC1和HC2之间时,第Ⅱ类超导体处于混合态。 第Ⅱ类超导体 在涡旋相邻区域处电流方向相反,因此涡旋互 相排斥 形成三角形排列 隧道效应: 在量子力学中,一个能量不大的粒子也可能以一定的几率“穿过”势垒,这就是所谓的隧道效应。 隧道效应能够发生的条件 第一 在隧穿过程中,系统的总能量必须守恒(是指包括绝缘层(或间隙)两边金属在内的整个系统,在隧穿过程发生前后。能量要求保持不变) 第二 必须遵守泡利不相容原理(由于发生隧道效应的主体是单个电子,必然要受泡利不相容原理的制约,因此电子隧穿进入的态必须是空态才被允许)。 正常金属的隧道效应 真空 EF EF EF EF N-I-N 伏安特性 V I V=-Δ/e Δ eV 超导体 正常金属 Δ/e I V -Δ/e T=0K,S-I-N 伏安特性曲线 V=0 Δ 超导体 正常金属 eV V=Δ/e 超导体 正常金属 Δ/e I V -Δ/e T0K, S-I-N 伏安特性曲线 Δ (a)V=0 Δ (b)V2Δ/e Δ 2eV (c)V=2Δ/e 2Δ/e I V -2Δ/e (d)S-I-S 伏安特性曲线 约瑟夫森效应 在超导体-绝缘层-超导体组成的系统中, 绝缘薄层薄到一定程度时,超导电子对(库柏对)就能够隧穿绝缘薄膜,形成超导隧道电流。这个现象称为约瑟夫森效应 2Δ/e Ic V -2Δ/e 直流约瑟夫森效应的伏安特性曲线 I Ic 直流约瑟夫森效应方程: 交流约瑟夫森方程: 即在结的两端施加直流电压时,电流发生震荡,其频率与施加的电压成正比 超导电力材料 实用超导电力材料应具备的主要特性: (1)高临界温度Tc (2)大临界场Hc2 (3)高临界电流密度 (4)稳定性好 (5)交流损耗低 (6)足够的机械强度 (7)易于生产 (8)价格低廉 NbTi 提高NbTi合金临界电流的方法: 1. 在低Ti含量下,采用拉拔的方法,使得面积缩减在(104-106):1之间,从而产生高密度位错,进而形成晶胞。 2. 在高Ti含量下, α-Ti脱溶物变成一种重要的因素,最佳的临界电流密度可用有顺序的脱溶处理(~400℃)和拉拔循环产生。 Nb3Sn Nb3Sn的制备方法:青铜法 先按计算好的比例把许多Nb棒放进打好孔的铜锡合金基体中,然后经挤压、拉拔等加工,得到所需的最终尺寸。然后加热到适当的温度进行热处理,使铜锡合金中的Sn经扩散与Nb反应生成Nb3Sn。 超导电子材料 量子干涉器件(SQUID) 约瑟夫森结的种类: 薄膜隧道结 超导桥 点接触结 提高Pb薄膜热循环性能的方法? In ——它和Pb形成Pb-In固溶体,通过固溶强化增加薄膜的机械强度,防止小丘生长;In还可以改善

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