专题材料4超导基础与高温进展

专题材料4：超导基础与高温超导进展(往往是液氦温区)时，电阻专题材料4：超导基础与高温超导进展(往往是液氦温区)时，电阻ones首先观察到这个现象，这是在他首次Tc下，样品经历一个从具有正常电阻率的状态至超导态的相变过程。2理想导体度的关系3提高超导转变温度的历史进程8.1超导态的基本特性3提高超导转变温度的历史进程8.1超导态的基本特性Tc时比热发生跳变，四是磁通量子化。本节讨论前三个基本特性。8.1.1零电阻性质4ρab(T)8.1.2完全抗磁性4ρab(T)8.1.2完全抗磁性(Meissner)和奥森菲尔德（Ochsenfeld)发现：如果超导体在磁场中冷却到转变温度以下，则在转变点处磁感应线将从超导体内被排出．6迈斯纳效应下面给出第Ⅰ类超导体和第Ⅱ类超导体在迈斯纳-奥森菲尔德实验条件下所预期的超导体磁化曲线。6迈斯纳效应下面给出第Ⅰ类超导体和第Ⅱ类超导体在迈斯纳-奥森菲尔德实验条件下所预期的超导体磁化曲线。5第Ⅰ类超导体和第Ⅱ类超导体超导体磁化曲线8.1.3临界磁场6(a)6(a)分隔开．HcT的关系8.1.4熵和比热Tc以下时，熵都显著降低．铝的测量结果示分地或全部地成为有序．嫡的变化小。7在超导态和正常态下，铝的熵S与温度的关系曲线87在超导态和正常态下，铝的熵S与温度的关系曲线8铝在超导态和正常态下，其自由能的实验值随温度的变化8.2伦敦方程伦敦方程伦敦方程为两边取旋度，得另一种形式其中是磁场穿透深度的一个量度，称为伦敦穿透深度。9锡的穿透深度随温度的变化伦敦方程为两边取旋度，得另一种形式其中是磁场穿透深度的一个量度，称为伦敦穿透深度。9锡的穿透深度随温度的变化对于电荷为q，质量为m，浓度为n的粒子系统，得出下表给出了其值8.3金兹堡-朗道理论8.3.1对于电荷为q，质量为m，浓度为n的粒子系统，得出下表给出了其值8.3金兹堡-朗道理论8.3.1超导态自由能密度自由能密度为：8.3.2金兹堡-朗道方程8.3.3超导体的界面能108.3.4Ⅱ类超导体11。108.3.4Ⅱ类超导体11。11在磁场中第二类超导体的超导态、混合态、正常态柱形正常区，正常区周围是连通的超导区，如下图1211在磁场中第二类超导体的超导态、混合态、正常态柱形正常区，正常区周围是连通的超导区，如下图12常心的磁通界面能：下图13示意画出了两类超导体中界面能得比较13两类超导体中界面能的比较8.4BCS超导理论8.4.1同位素效应和电子-声子相互作用13两类超导体中界面能的比较8.4BCS超导理论8.4.1同位素效应和电子-声子相互作用MαTc=常数表水银同位素的临界温度14临界温度表一些超导体的同位素效应的指数1515两种交换声子的过程在正常态下，电子形成费米球的分布；在超导态时，低能量的，即在费米常称为库伯对．1515两种交换声子的过程在正常态下，电子形成费米球的分布；在超导态时，低能量的，即在费米常称为库伯对．16k的电子对的示意图8.4.2能隙-电子之间的相互作用，正是这一作用使得这些电子相对于电k空间有序化。几种超导体的能隙值示于下表。8.4.38.4.2能隙-电子之间的相互作用，正是这一作用使得这些电子相对于电k空间有序化。几种超导体的能隙值示于下表。8.4.3BCS理论超导电性量子理论的基础是由Bardeen,Cooper,Schrieffer在1957年经典性文章中所确立的.BCS理论的成就包括以下几个方面。的1．电子之间的一种相互吸引作用能导致一个基态的存在，它与激发态之间由一个能隙分隔开．临界场、热学性质和大多数电磁性质都由能隙所引起．2．电子—晶格—电子相互作用导致一个能隙，它与观测值数量级相同．缓馒变化的磁场的伦敦方程．由此自然得出超导电性的中心现象即迈斯纳效应．4．一种元素或合金转变温度的判据涉及费米能级上电子轨道的密度和电子U，U可以从电阻率来估计．5.穿过超导环的磁通量是量子化的，电荷的有效e．BCS基态涉及的是电子对；所以磁通量子化用电子对电荷5.穿过超导环的磁通量是量子化的，电荷的有效e．BCS基态涉及的是电子对；所以磁通量子化用电子对电荷2e是这理论的—个推论．BCS基态的形成8.4.4涡旋态．其体内有些区域是正常态的细棒(或平板)形式，每个正常区都被超导区所包围?的差别．因为外场穿透进入超导材料，使表面能变为负，所以涡旋态是稳定的．18第Ⅰ类和第Ⅱ类超导体内磁场和能隙参数在超导和正常区界面上的变化，能隙参数是超导态稳定能密度的量度。SEM18第Ⅰ类和第Ⅱ类超导体内磁场和能隙参数在超导和正常区界面上的变化，能隙参数是超导态稳定能密度的量度。SEMNbSe21000G0.2K下得到的磁通晶格图样8.5单粒子隧道效应一种金属的传导电子起阻挡层的作用．如果阻挡层足够薄，则一个碰幢到阻挡层上的电子具有相当大的几率从一个金属渡越到另一个金属：这称为隧道效应．在许多实验中绝缘层只不过是在两个蒸发的金属膜中的某一个上形成的薄氧化物层，如图21所示．Giaever发现：如果金属中的一个变为超导时，电流—电压的特性曲线由直线变为曲线，如下图．22（aGiaever发现：如果金属中的一个变为超导时，电流—电压的特性曲线由直线变为曲线，如下图．22（a）被氧化层分隔开的正常金属结的电流-电压线性关系曲线。（b）一种金属正常，另一种金属超导的电流-电压关系曲线。Eg对应于破坏一个超导态的电子对而形成正常态的两个电子或电流开始出现．在有限温度下，由于超导体内的电子被热激发跨过能隙，因此即使在低电压下也存在小的电流。23隧道结的轨道密度和电流-电压特性。23隧道结的轨道密度和电流-电压特性。S-I-N结单粒子隧道电流(a)(b)有外加电压S-I-S结单粒子隧道电流S-I-S结单粒子隧道电流8.6约瑟夫森超导体隧道贯穿现象体穿过一层绝缘体进入另一超导体的隧道贯穿现象．这样一种结称为弱连接．26典型的弱连接超导体电子对隧道贯穿现象的效应包括：体穿过一层绝缘体进入另一超导体的隧道贯穿现象．这样一种结称为弱连接．26典型的弱连接超导体电子对隧道贯穿现象的效应包括：直流约瑟夫森效应：在不存在任何电场或磁场时，有直流电流通过结．Sn-SnOx-Sn隧道结的直流约瑟夫森效应交流约瑟夫森效应荡．其次，如果与直流电压同时施