凝聚态物理导论

1、凝聚态物理导论文献阅读凝聚态物理导论文献阅读 李庆李庆C CO ON NT TE EN NT TS S超导历史简介超导历史简介超导材料的分类和应用超导材料的分类和应用相关文献阅读相关文献阅读荷兰物理学家荷兰物理学家 OnnesOnnes在在 1911 1911 年发现了一个年发现了一个非同寻常的现象：非同寻常的现象：Hg Hg 在在 4.2 K4.2 K附近的电阻附近的电阻突然跳跃式下降到仪器突然跳跃式下降到仪器测不到的最小值。测不到的最小值。超导历史简介超导历史简介l在在19331933年，年，MeissnerMeissner和和 Ochsenfeld Ochsenfeld发现了超导体发现了

2、超导体 的另一种性质：迈斯纳效应。的另一种性质：迈斯纳效应。l迈斯纳效应是指：迈斯纳效应是指：不管加磁场的次序如何超导体不管加磁场的次序如何超导体内磁场感应强度总是等于零。内磁场感应强度总是等于零。它与加磁场的历史无关。它与加磁场的历史无关。MeissnerMeissner超导历史简介超导历史简介 1957 年，巴丁（年，巴丁（J. Bardeen）、库珀（）、库珀（L. V. Cooper）和）和施里弗（施里弗（J. R. Schrieffer）从大量的实验中发现了影响超导电性）从大量的实验中发现了影响超导电性的物理规律，并建立了著名的的物理规律，并建立了著名的 BCS 理论。理论。 在很低

3、的温度下，这个结合能可能高于晶格原子振动的能量。这样，“copper”对将不会和晶格发生能量交换，也就没有电阻，形成所谓“超导”。 在很长一段时间内，BCS 理论成功推出了大多数超导体的许多性质。 他们认为：电子在晶格中移动时会吸引邻近格点上的正电荷导致格点的局部畸变，形成一个局域的高的正电荷区域。 这个局域的高的正电荷区域会吸引自旋相反的电子，和原来的电子以一定的结合能相结合形成所谓的“copper”对。超导历史简介超导历史简介超导历史简介超导历史简介在在 1985 年之前，人们发现的最高的超导转变温度的超年之前，人们发现的最高的超导转变温度的超导体为导体为 Nb3Ge，它的超导转变温度为，

4、它的超导转变温度为 23K。1986 年，超导转变温度大于年，超导转变温度大于 23K 的的 LaBaCuO 体系被体系被发现，它的超导转变温度为发现，它的超导转变温度为 35K。在在 1987 年，高于液氮温度年，高于液氮温度(77K)的超导体的超导体 YBa2Cu3O7被被发现了，且它的超导转变温度为发现了，且它的超导转变温度为93K这之后，大量的铜氧这之后，大量的铜氧化物超导体被发现化物超导体被发现2008 年，铁基材料在年，铁基材料在 O 位掺杂位掺杂 F 发现其具有超导电性发现其具有超导电性。这一现这一现象的出现又一次引发了世界范围内有关研究超导体象的出现又一次引发了世界范围内有关研

5、究超导体的热潮。的热潮。超导材料的分类和应超导材料的分类和应用用u从材料来分类，可分为三大类，即元素超导体、合金或从材料来分类，可分为三大类，即元素超导体、合金或化合物超导体、氧化物超导体化合物超导体、氧化物超导体( (超导陶瓷超导陶瓷) )。u从超导态时磁通量的穿透情况来看，超导体大致可以分从超导态时磁通量的穿透情况来看，超导体大致可以分为第为第 I I 类超导体和第类超导体和第 IIII 类超导体类超导体。u人们在探索超导理论的同时，对超导材料的探索也很跃，人们在探索超导理论的同时，对超导材料的探索也很跃，超导材料可以分为常规超导体和非常规超导体两类。超导材料可以分为常规超导体和非常规超导

6、体两类。u从临界转变温度可分为：低温超导材料和高温超导材料从临界转变温度可分为：低温超导材料和高温超导材料两类。两类。超导材料的分类和应超导材料的分类和应用用由于超导转变温度，临界电流密度等原因，工业上由于超导转变温度，临界电流密度等原因，工业上一般采用高温超导一般采用高温超导体体。而实现超导材料的应用应该而实现超导材料的应用应该具备下列具备下列几几个条件：个条件： 一，尽可能高的临界条件一，尽可能高的临界条件 二，可以加工成带材，线二，可以加工成带材，线 材或薄膜（可塑性好）材或薄膜（可塑性好） 三，成本尽可能低三，成本尽可能低而从当前的研究领域来看，超导体的应用主要分为强电应用而从当前的研

7、究领域来看，超导体的应用主要分为强电应用和弱电应用两部分。和弱电应用两部分。 超导材料的分类和应超导材料的分类和应用用强电方面的应用主要包括以下几个方面：强电方面的应用主要包括以下几个方面： 一，超导储能与输电 二，超导故障电流限制器 三，高温超导电机 四，高温超导变压器 五，超导悬浮列车弱电领域的应用主要根据超导体的弱电领域的应用主要根据超导体的 Josephson Josephson效应。效应。主要产品有超导计算机、超导量子干涉仪（SQUID）超导微波器件、超导天线、高温超导滤波器件无损检测等。电子对通过两块超导金属间的薄绝缘层（厚度约为10埃）时发生的量子力学隧道效应。约瑟夫森约瑟夫森相

8、关文献阅读相关文献阅读材料的原子平均价电子数和其超导电性之间的经验关系材料的原子平均价电子数和其超导电性之间的经验关系贝尔电话实验室贝尔电话实验室 新泽西州的默里希尔新泽西州的默里希尔科学家研究了超导转变温度和其平均原子价电子数之间的关系，科学家研究了超导转变温度和其平均原子价电子数之间的关系，发现超导发生的最佳条件是平均原子价电子数在发现超导发生的最佳条件是平均原子价电子数在5 5和和7 7的时候。的时候。相关文献阅读相关文献阅读文献背景：文献背景：作者在之前的一篇文章中讨论了超导转变温度和其原子核外电子排布的关系发现平均原子价电子数（R）稍小于5时，超导转变温度趋向于达到最大值。但是最近发

9、现过渡金属及其化合物还有锝（Tc）却有更高的R值。文献目的：文献目的：解释这种异常现象，使得理论可以包含解释最近发现的化合物、合金和金属。相关文献阅读相关文献阅读科学家首先发现元素锝有接近科学家首先发现元素锝有接近11K11K的超导的超导转变温度，然后意识到转变温度，然后意识到R R值稍小于值稍小于5 5时超导时超导转变值最大是不合理的。因为转变值最大是不合理的。因为TcTc的的R R值为值为7 7 作者又发现元素超导性作者又发现元素超导性在第六列上有一个对称的关在第六列上有一个对称的关系。如下图：系。如下图：相关文献阅读相关文献阅读相关文献阅读相关文献阅读作者列举出了几个例证来说明其经验公式的正确性作者列举出了几个例证来说明其经验公式的正确性例1 以元素铑（Rh）在元素锆（Zr）中掺溶的问题来说明Rh-Zr合金的最大超导转变温度发生在R值略小于5的时候。相关文献阅读相关文献阅读相关文献阅读