昂纳斯发现将汞冷却到K时(共19张PPT)

高温超导简介韩志龙

0810209第1页，共19页。一、超导百年（实验篇）1911年，昂纳斯发现将汞冷却到4.2K时，电阻突然消失。1933年，迈斯纳发现超导体的完全抗磁性。1962年，约瑟夫逊发现在超导结中，电子对可以通过氧化层形成无阻的超导电流。1986年。柏诺兹和缪勒，首先发现铜基高温超导体，将超导温度提高到30K。2008年，Hosono发现铁基高温超导体。2009年10月10日,美国合成(Tl4Ba)Ba2Ca2Cu7O13+,将超导温度提高到254K,距离冰点仅19℃。第2页，共19页。二、超导百年（理论篇）1934年，格特和卡西米尔提出二流体模型。1935年，伦敦兄弟提出两个描述超导电流和电磁场关系的方程，即伦敦方程。1950年，京兹堡和朗道采用二级相变中的自由能展开法，建立超导电性的唯像理论。1952年，阿布里柯索夫理论指出第二类超导体的存在。1957年，巴丁、库柏、侍里弗提出基于电声相互作用超导电子结成库柏对的理论，建立弱耦合超导理论。1968年，麦克米兰建立强耦合超导理论。1986年至今，高温超导理论百家争鸣。第3页，共19页。二、什么是高温超导超导材料的基本临界参量：1、临界温度：外磁场为零时超导材料由正常态转变为超导态(或相反)的温度，以Tc表示。2、临界磁场：使超导材料的超导态破坏而转变到正常态所需的磁场强度，以Hc表示。Hc与温度T的关系为Hc=H0[1-(T/Tc)2]，式中H0为0K时的临界磁场。3、临界电流：通过超导材料的电流达到一定数值时也会使超导态破态而转变为正常态，以Ic表示。Ic一般随温度和外磁场的增加而减少。单位截面积所承载的Ic称为临界电流密度，以Jc表示。第4页，共19页。二、什么是高温超导传统超导材料是指超导元素、合金材料及超导化合物，这些超导材料的临界温度都很低，最低的如钨只有0.012K，最高的Nb3Ge也不超过23K。高温超导材料，简单讲就是具有高临界转变温度的超导材料。一般是指能在液氮温区工作，即临界温度高于77K。它们是某些氧化物陶瓷材料，如镧－钡－铜－氧化物。传统超导材料是可以用BCS理论很好的解释，但对于高温超导的物理机制BCS理论对于这么高的温度无法给出满意解释，同时由于缺乏关键实验，其机制仍在探索中。第5页，共19页。三、高温超导的特性超导体的主要普遍特性：1、零电阻性：超导材料处于超导态时电阻为零，能够无损耗地传输电能。如果用磁场在超导环中引发感生电流，这一电流可以毫不衰减地维持下去。2、完全抗磁性：超导材料处于超导态时，只要外加磁场不超过一定值，磁力线不能透入，超导材料内的磁场恒为零。3、约瑟夫森效应：两超导材料之间有一薄绝缘层（厚度约1nm）而形成低电阻连接时，会有电子对穿过绝缘层形成电流，而绝缘层两侧没有电压，即绝缘层也成了超导体。第6页，共19页。存在一个高能机制，使高温超导体中的电子结合成单重态配对。3、PbFCl晶型18K1950年，京兹堡和朗道采用二级相变中的自由能展开法，建立超导电性的唯像理论。3、掺杂的莫特绝缘体和低维度结合，产生奇异的重要特性。Ic一般随温度和外磁场的增加而减少。2月24日，赵忠贤发现临界温度在100K左右的超导材料。一、超导百年（实验篇）超导体的主要普遍特性：铋超导家族85、110KⅤ、SO（5）对称群理论插曲一：铜基高温超导争霸赛如果用磁场在超导环中引发感生电流，这一电流可以毫不衰减地维持下去。存在一个高能机制，使高温超导体中的电子结合成单重态配对。1、临界温度：外磁场为零时超导材料由正常态转变为超导态(或相反)的温度，以Tc表示。如果用磁场在超导环中引发感生电流，这一电流可以毫不衰减地维持下去。1987年2月16日，朱经武的试验小组在92K处观察到了超导转变。1986年至今，高温超导理论百家争鸣。3月20日,闻海虎小组在LaFeAsO空穴掺杂中取得重要进展,第一个铁基空穴型超导体La1-xSrxFeAsO被发现。3月3日，日本宣布发现123K超导体……1、ZrCuSiAs晶型25、50K1986年10月，柏诺兹等人提出在Ba-La-Cu-O系统中获得了临界温度为30K左右的报道。同年12月15日，休斯顿大学报告了在处于压力下的La-Ba-Cu-O化合物体系中获得40.Ⅴ、SO（5）对称群理论铋超导家族85、110K四、高温超导材料的种类2008年2月，Hosono首次发现报道在铁基层状化合物LaFeAsO中通过F掺杂发现了高达26K的超导电性。自旋袋元激发即是在自旋密度波序减小的环境中自陷的空穴，这个减小了的自旋波序区域与空穴同行，叫做“袋”；1957年，巴丁、库柏、侍里弗提出基于电声相互作用超导电子结成库柏对的理论，建立弱耦合超导理论。三、高温超导的特性高温超导体的特性：电子间的相互作用很强，高超导转变温度、低的相干长度、强烈的各项异性、正常态的奇异性安德森在1987年提出这些材料的3个重要特征：1、准二系统，面与面之间是弱耦合。2、高温超导体的基态是莫特绝缘体，掺杂导致超导。3、掺杂的莫特绝缘体和低维度结合，产生奇异的重要特性。第7页，共19页。四、高温超导材料的种类Ⅰ、铜基高温超导材料自1986年发现以来，经过中美日等国科研人员努力已经发展成五大家族：1.稀土214家族36K

2.稀土123家族90K

3.铋超导家族85、110K4.铊超导家族45、90、110、120K5.汞超导家族85、120、130K第8页，共19页。四、高温超导材料的种类插曲一：铜基高温超导争霸赛1986年10月，柏诺兹等人提出在Ba-La-Cu-O系统中获得了临界温度为30K左右的报道。同年12月15日，休斯顿大学报告了在处于压力下的La-Ba-Cu-O化合物体系中获得40.2K的超导转变。同年12月26日，中科院物理所宣布，获得临界温度48.6K的超导材料。1987年2月16日，朱经武的试验小组在92K处观察到了超导转变。2月24日，赵忠贤发现临界温度在100K左右的超导材料。3月3日，日本宣布发现123K超导体……第9页，共19页。四、高温超导材料的种类第10页，共19页。四、高温超导材料的种类Ⅱ、铁基高温超导材料自2008年发现以来，该系列材料飞速发展，新的铁基材料不断被发现，目前没有明确分类，主要有1、ZrCuSiAs晶型25、50K2、ThCr2Si2晶型30K3、PbFCl晶型18K第11页，共19页。四、高温超导材料的种类插曲二：铁基高温超导争霸赛2008年2月，Hosono首次发现报道在铁基层状化合物LaFeAsO中通过F掺杂发现了高达26K的超导电性。3月20日,闻海虎小组在LaFeAsO空穴掺杂中取得重要进展,第一个铁基空穴型超导体La1-xSrxFeAsO被发现。随后中国科学技术大学陈仙辉小组报道了43K超导转变温度的SmFeAsO0.85F0.15超导体。几乎同时,中国科学院物理研究所的王楠林小组发现了41K超导体CeFeAsO1-xFx。赵忠贤领导的小组利用高压技术迅速在REFeAsO1-xFx(RE=Pr,Nd,Sm,Gd)中发现了高达50K以上的超导电性。第12页，共19页。四、高温超导材料的种类第13页，共19页。五、高温超导理论Ⅰ、Anderson非费米液体理论高温铜氧化物超导体的母体绝缘相是共振价键态或称量子自旋体这一理论是基于高温铜氧化物与反铁磁的临近性，临近金属-绝缘体相变，绝缘磁相为低自旋，具二维性和载流子密度低等特点提出。该理论的基本突出点是：认为电荷和自旋自由度明确的分开，且由层间约瑟夫森隧穿退约束推动高温超导的高Tc。第14页，共19页。五、高温超导理论Ⅱ、Schrieffer自旋袋理论该机制着重从超导电性在高温超导氧化物中与其反铁磁性的相互作用角度探讨，其元激发为自旋袋，它具有空穴的传统量子数，但存在很强的装饰效应。自旋袋元激发即是在自旋密度波序减小的环境中自陷的空穴，这个减小了的自旋波序区域与空穴同行，叫做“袋”；与双极化子有些类似，这些袋元之间彼此有相互吸引。在金属相中，这些袋形成简并费米液体。第15页，共19页。五、高温超导理论

第16页，共19页。五、高温超导理论

第17页，共19页。五、高温超导理论Ⅴ、SO（