西南交通大学：《大学物理》课程教学资源（PPT课件讲稿）第五篇 量子现象和量子规律 第18章 量子力学应用简介 §18.3 宏观量子现象 超导和超流（了解）

第五篇量子现象和量子规律 第18章量子力学应用简介 本章共3讲

? 本章共3讲 第五篇 量子现象和量子规律 第18章 量子力学应用简介

§18.3宏观量子现象超导和超流(了解) 录象:619超导(上、下)55分钟 超导(上)25分钟超导现象及应用 超导(下)30分钟超导原理 超导电性的基本现象 1.零电阻现象 实验现象 TTTTT 1!! !l N (1)T>To (2)T<T 在超导圆环上施加磁场 圆环转变为超导态 超导森昝產得超 可持续上万年

§18.3 宏观量子现象 超导和超流（了解） 录象：6—19 超导 （上、下） 55分钟 超导 （上） 25分钟 超导现象及应用 超导 （下） 30分钟 超导原理 一、 超导电性的基本现象 １. 零电阻现象 实验现象 可持续上万年 态

临界条件 临界温度T 临界磁场 临界电流 电流密度(J) 临界电流密度 临界磁场 临界温度 上 磁场(H) 温度(T) TH-临界面,超导现象仅在此 TH-临界面内部发

临界条件： Tc Hc 临界温度 临界磁场 临界电流 c I

2.完全抗磁性(迈斯纳效应 超导体内B≡0 实验现象 磁棒 超导态铅 浸入液氦 注意:与零电阻现象彼此独立 理想导体内部不存在电阻 内部不存在电阻 其中磁通量不变 超导体 其中磁通量为零

２. 完全抗磁性（迈斯纳效应） 超导体内 B  0  理想导体 内部不存在电阻 其中磁通量不变 超导体 内部不存在电阻 其中磁通量为零 注意： 与零电阻现象彼此独立 实验现象 磁棒 超导态铅 浸入液氦

实验现象比较 t>To T< T 撤去外场 B内=0 理想导体 B内 K B内=0 超导体 O l 0 超导态的基本特征:完全导电,完全抗磁 超导电本质?

超导态的基本特征：完全导电，完全抗磁 超导电本质？ 实验现象比较 导

BCS理论 巴丁(J. Bardeen) 库柏(L. Cooper) 1972年诺贝尔物理奖 →施瑞弗(R. Schrieffer) 巴丁的科学成就: 1956年,因发明晶体管,与肖 克莱、布拉顿共获诺贝尔物理奖。 1972年,因低温超导理论,与 库柏施瑞弗共获诺贝尔物理奖。 ·1991年去世82岁 巴丁(中)、库柏(右) 和施里弗(1974年)

二. BCS理论 巴丁（J. Bardeen) 库柏（L. Cooper) 施瑞弗（R. Schrieffer) 1972年诺贝尔物理奖 巴丁（中）、库柏（右）、 和施里弗（1974年） 巴丁的科学成就： •1956年，因发明晶体管，与肖 克莱、布拉顿共获诺贝尔物理奖。 •1972年，因低温超导理论，与 库柏.施瑞弗共获诺贝尔物理奖。 •1991年去世 82岁

实验基础: 正常态 超导态,电子比热跃变 临界温度与同位素质量有关 超导电性来自电子与晶格(振动)间的相互作用 物理模型: 库柏电子对:(动量等大反向,自旋相反) 格波 电子—声子—电子 (格浪 形成相互吸引束缚态

实验基础： •正常态 超导态，电子比热跃变 •临界温度与同位素质量有关 超导电性来自电子与晶格（振动）间的相互作用 物理模型： 库柏电子对：（动量等大反向，自旋相反） 电子 声子 电子 （格波） 形成相互吸引束缚态

外电场中,电子对获得相同动量,高度有序运动。 电子对动量守恒:若一个电子受晶格散射动量改变 另一个发生相反动量改变,散射不影响电子对整体 运动电阻为零。 “传球”:一对的作用,集体效应 “单个前进有电阻,结伴成行才超导 高温超导简介 四项判断准则: 1.必须在一个确定的温度实现零电阻转变 2.在零电阻转变温度附近必须观察到完全抗磁性 3.现象稳定且能再现 4.现象能被其它实验室重复和验证

外电场中，电子对获得相同动量，高度有序运动。 电子对动量守恒：若一个电子受晶格散射动量改变， 另一个发生相反动量改变，散射不影响电子对整体 运动——电阻为零。 “传球”：一对的作用，集体效应。 “单个前进有电阻，结伴成行才超导” 三.高温超导简介 四项判断准则： 1. 必须在一个确定的温度实现零电阻转变 2. 在零电阻转变温度附近必须观察到完全抗磁性 3. 现象稳定且能再现 4. 现象能被其它实验室重复和验证

1986年7月:瑞士·米勒、贝德诺茨发表第一篇论文 镧钡铜氧化物T:35K获诺贝尔奖 1988年~高温超导热 高温超导体 氧化物超导体(钇钡同氧体等70余种) 液氮温区(T≥77K) 目前最高T为125K 理论尚未成熟 应用:超导核磁共振断层成象 超导量子干涉器件(测生物磁场) 超导红外探测,超导磁悬浮列车

1986年7月：瑞士 ·米勒、贝德诺茨发表第一篇论文 镧钡铜氧化物 Tc : 35K 获诺贝尔奖 1988年～ 高温超导热 高温超导体： 氧化物 超导体 （钇钡同氧体等70余种） 目前最高 为125K 理论尚未成熟 (  77K) 液氮温区 Tc Tc 应用： 超导核磁共振断层成象 超导量子干涉器件（测生物磁场） 超导红外探测，超导磁悬浮列车…

四、宏观量子效应 一(低温下,量子现象在宏观尺度上显示) 1.磁通量子化 1) 11 15 l:1 N T>T 磁场穿过环体和环内 T<T C 磁场完全被排除于超导体之外,磁场穿过超导环 撤去磁场,超导环中冻结了磁通量

四、宏观量子效应 （低温下，量子现象在宏观尺度上显示） 1. 磁通量子化 T  Tc 磁场完全被排除于超导体之外，磁场穿过超导环 撤去磁场，超导环中冻结了磁通量 T  Tc 磁场穿过环体和环内 1）