武汉理工大学：《材料物理学》课程教学资源（PPT课件讲稿）第五章 导电物理 5.5 超导物理 5.5.4 两类超导体 5.5.6 超导现象的物理本质 5.5.5 同位素效应和电子—声子相互作用

第5章导电物理 本章提要 本章将介绍金属材料和半导体材料(也包括 半导体陶瓷)的导电机制,着重从能带结构 的角度分析材料的导电行为。本章还介绍了 利用材料的导电物理特性制得的一些功能材 料,例如p-n结、晶体管等

第5章 导电物理 本章将介绍金属材料和半导体材料（也包括 半导体陶瓷）的导电机制，着重从能带结构 的角度分析材料的导电行为。本章还介绍了 利用材料的导电物理特性制得的一些功能材 料，例如p-n结、晶体管等。 本章提要

第5章导电物理 5.1概述 2个学时 52材料的导电性能2个学时 5.3金属电导 4个学时 5.4半导体物理 10个学时 5.5超导物理 4个学时

5.1概述 5.2材料的导电性能 5.4半导体物理 5.3金属电导 5.5 超导物理 2个学时 4个学时 4个学时 第5章 导电物理 2个学时 10个学时

55超导物理Ⅲ 554两类超导体 555同位素效应和电子一声子相互作用 556超导现象的物理本质

5.5 超导物理II 5.5.4两类超导体 5.5.6超导现象的物理本质 5.5.5同位素效应和电子—声子相互作用

554两类超导体 H 算I类 第Ⅱ类 足 姐导态 正常恋 洞旋态 H H. He 外加誉场H 外加磁场H 图555超导体的磁化曲线 a)第一类超导价(b)第二类超导体

图5.5.5 超导体的磁化曲线 (a)第一类超导价(b)第二类超导体 5.5.4两类超导体

第1类超导体 根据迈斯纳效应,一块大超导体在外加的磁 场H中其行为如同试样内部B=0一样如果限 于考虑细长的试样,且其长轴平行于H,则 此时可以忽略退磁场对B的影响,因而有 B=/0(H+M)=0 或 M=hc 这一类超导体的Hc值一般总是过低,作为超 导磁体的线圈没有什么应用价值

根据迈斯纳效应，一块大超导体在外加的磁 场H中其行为如同试样内部B＝0一样.如果限 于考虑细长的试样，且其长轴平行于H，则 此时可以忽略退磁场对B的影响，因而有 B = 0 (H + M) = 0 或 −M = Hc 这—类超导体的Hc值一般总是过低，作为超 导磁体的线圈没有什么应用价值。 第1类超导体

第2类超导体 第2类超导体大都是合金,或者是在正常态 具有高电阻率的过渡族金属,即在正常态下 平均自由程较短。 第2类超导体存在着两个临界磁场:出H为下 临界场和H2为上临界场。它们一直到场强 为H2时都具有超导电性

第2类超导体大都是合金，或者是在正常态 具有高电阻率的过渡族金属，即在正常态下 平均自由程较短。 第2类超导体 第2类超导体存在着两个临界磁场:Hc1为下 临界场和Hc2为上临界场。它们一直到场强 为Hc2时都具有超导电性

在下临界场H和上临界场H2之间,磁通密 度B≠0。这时迈斯纳效应是不完全的。H2 值可以是超导转变热力学计算值H的100倍 或更高。在Ha1、和H2之间的场强区间内物 体的一部分区域为磁通所贯穿属于正常区, 它的周围是超导区,但仍然保持零电阻特性, 这时超导体称为处于涡旋态或混合态。当外 场H增大到H2时,正常区数目增多到彼此相 接,整个物体进入正常态。 NbA-Ge的一个合金在液氦的沸点温度下 Hc2场强达326X10Am1

在下临界场Hc1和上临界场Hc2之间，磁通密 度B≠0。这时迈斯纳效应是不完全的。Hc2 值可以是超导转变热力学计算值Hc的100倍 或更高。在Hc1、和Hc2之间的场强区间内物 体的一部分区域为磁通所贯穿属于正常区， 它的周围是超导区，但仍然保持零电阻特性, 这时超导体称为处于涡旋态或混合态。当外 场H增大到Hc2时，正常区数目增多到彼此相 接，整个物体进入正常态。 Nb—Al—Ge的一个合金在液氦的沸点温度下 HC2场强达32.6x106A·m-1

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图5.5.6第二类超导体的混合态

当外磁场H介于Hc1和Hc2之间时,第二类超 导体处于混合态.这时体内有磁感应线穿过 形成许多半径很小的圆柱形正常区,正常区 周围是连通的超导区整个样品的周界仍有逆 磁电流。这样,第二类超导体在混合态,既 具有逆磁性(但B≠0),又仍然没有电阻。当 外磁场增加时,每个圆柱形的正常区并不扩 大,而是增加正常区的数目。达到上临界磁 场Hc2时,相邻的圆柱体彼此接触,超导区消 失,整个金属都变成正常态

当外磁场H0介于HC1和HC2之间时，第二类超 导体处于混合态．这时体内有磁感应线穿过， 形成许多半径很小的圆柱形正常区，正常区 周围是连通的超导区整个样品的周界仍有逆 磁电流。这样，第二类超导体在混合态，既 具有逆磁性(但B≠0)，又仍然没有电阻。当 外磁场增加时，每个圆柱形的正常区并不扩 大，而是增加正常区的数目。达到上临界磁 场HC2时，相邻的圆柱体彼此接触，超导区消 失，整个金属都变成正常态

555同位素效应和电子一声子相互作用 麦克斯韦( E Maxwell、雷诺(CA Raynold)和席林(B. Serin等于1950年各 自独立地测量了汞同位汞的临界温度TC,其 结果可用简单公式表示: 加T=常数

5.5.5同位素效应和电子—声子相互作用 麦克斯韦(E. Maxwell)、雷诺(C. A. Raynold)和席林(B. Serin)等于1950年各 自独立地测量了汞同位汞的临界温度TC，其 结果可用简单公式表示：