上海交通大学：《材料与文明》课程教学资源（学生作业）超导材料_邹佳仁

超导材料 邹佳仁

超导材料 邹佳仁

目录 简介 发展历史 超导材料的分类 四、超导理论 五、应用

目录 一、简介 二、发展历史 三、超导材料的分类 四、超导理论 五、应用

简介 超导体指的是在特定温度下 呈现电阻为零的导体。超导现 象的特征是零电阻和完全抗磁 性。 由液态氨所冷却的超导体把磁石悬浮起来

简介 超导体指的是在特定温度下， 呈现电阻为零的导体。超导现 象的特征是零电阻和完全抗磁 性。 由液态氮所冷却的超导体把磁石悬浮起来

发展历史 ●1911年，荷兰科学家发现超导电性，他用液氦冷却汞，当温度 下降到绝对温标4.2K时水银的电阻完全消失。 ●1933年，科学家发现，如果把超导体放在磁场中冷却，则在材 料电阻消失的同时，磁感应线将从超导体中排出，不能通过超导 体，这种现象称为抗磁性。 ●1973年，科学家发现超导合金一铌锗合金，其临界超导温度为 23.2K。 ●1986年，美国IBM公司的研究中心报道了一种氧化物（镧钡铜 氧化物)，它具有35K的高温超导性

发展历史 l1911年，荷兰科学家发现超导电性，他用液氦冷却汞，当温度 下降到绝对温标4.2K时水银的电阻完全消失。 l1933年，科学家发现，如果把超导体放在磁场中冷却，则在材 料电阻消失的同时，磁感应线将从超导体中排出，不能通过超导 体，这种现象称为抗磁性。 l1973年，科学家发现超导合金――铌锗合金，其临界超导温度为 23.2K。 l1986年，美国IBM公司的研究中心报道了一种氧化物（镧钡铜 氧化物），它具有35K的高温超导性

发展历史 ●1986年，美国贝尔实验室研究的超导材料，其临界超导温度为 40K。 ●1987年，科学家发现了钇钡铜氧，这是首个超导温度在77K以 上的材料。从此，科学家可以使用便宜的液氮而非昂贵的液氦研 究超导体，这引发了对新型高温超导材料的研究热潮。 ●1987年底，铊-钡-钙-铜-氧系材料又把临界超导温度的纪 录提高到125K。从1986-1987年的一年多的时间里，临界超 导温度提高了将近100K

发展历史 l1986年，美国贝尔实验室研究的超导材料，其临界超导温度为 40K。 l1987年，科学家发现了钇钡铜氧，这是首个超导温度在77K以 上的材料。从此，科学家可以使用便宜的液氮而非昂贵的液氦研 究超导体，这引发了对新型高温超导材料的研究热潮。 l1987年底，铊－钡－钙－铜－氧系材料又把临界超导温度的纪 录提高到125K。从1986－1987年的一年多的时间里，临界超 导温度提高了将近100K

发展历史 ●2001年 ,二硼化镁被发现其超导临界温度达到39K。此化合物 的发现，打破了非铜氧化物超导体的临界温度纪录。 ●2008年，日本的细野秀雄团队发现在铁基氮磷族氧化物中，将 部分氧以掺杂的方式用氟作部分取代，可使材料的临界温度达到 26K,在加压后(4GPa)甚至可达到43K。 ●2015年，德国普朗克研究所的科学家创下了203K(-70°C)的 新的超导温度纪录。其物质为硫化氢

发展历史 l2001年，二硼化镁被发现其超导临界温度达到39K。此化合物 的发现，打破了非铜氧化物超导体的临界温度纪录。 l2008年，日本的细野秀雄团队发现在铁基氮磷族氧化物中，将 部分氧以掺杂的方式用氟作部分取代，可使材料的临界温度达到 26K，在加压后(4 GPa)甚至可达到43K。 l2015年，德国普朗克研究所的科学家创下了203K（-70°C）的 新的超导温度纪录。其物质为硫化氢

超导材料的分类 通过材料的临界温度可以把它们分为高温超导体和低温超导体：高温超导 体通常指它们的转变温度达到液氮温度（大于77K)。 我们还可以将超导体分为第一类超导体和第二类超导体：对于第一类超导 体只存在一个单一的临界磁场，超过临界磁场的时候，超导性消失；对于 第二类超导体，他们有两个临界磁场值，在两个临界值之间，材料允许部 分磁场穿透材料。 我们也可以将超导体分为化学材料超导体，比如铅和水银，合金超导体， 比如铌钛合金，氧化物超导体，比如钇钡铜氧化物，有机超导体，比如碳 纳米管

超导材料的分类 通过材料的临界温度可以把它们分为高温超导体和低温超导体：高温超导 体通常指它们的转变温度达到液氮温度（大于77K）。 我们还可以将超导体分为第一类超导体和第二类超导体：对于第一类超导 体只存在一个单一的临界磁场，超过临界磁场的时候，超导性消失；对于 第二类超导体，他们有两个临界磁场值，在两个临界值之间，材料允许部 分磁场穿透材料。 我们也可以将超导体分为化学材料超导体，比如铅和水银，合金超导体， 比如铌钛合金，氧化物超导体，比如钇钡铜氧化物，有机超导体，比如碳 纳米管

超导理论 1957年，美国物理学家约翰巴丁、利昂·库珀、约翰施里弗提 出BCS理论，较圆满的解释了低温超导，该理论以其三位发明 者名字首字母命名。他们也因此获得了1972年的诺贝尔物理学 奖。高温超导的理论仍在研究中

超导理论 1957年，美国物理学家约翰·巴丁、利昂·库珀、约翰·施里弗提 出BCS理论，较圆满的解释了低温超导，该理论以其三位发明 者名字首字母命名。他们也因此获得了1972年的诺贝尔物理学 奖。高温超导的理论仍在研究中

超导理论 BCS理论的机理如下：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，形成一个局域的高正电荷区。 电子在晶格中移动 电子导致格点的局部畸变

超导理论 BCS理论的机理如下：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，形成一个局域的高正电荷区。 电子在晶格中移动 电子导致格点的局部畸变

超导理论 这个局域的高正电荷区会吸引另外的电子，和原来的电子配对 形成“库珀对”。在低温下，如果结合能高于晶格原子振动的 能量，电子对就不会和晶格发生能量交换，所以也就没有了电 阻。 局域的高正电荷区吸引另外的电子

超导理论 这个局域的高正电荷区会吸引另外的电子，和原来的电子配对 形成“库珀对” 。在低温下，如果结合能高于晶格原子振动的 能量，电子对就不会和晶格发生能量交换，所以也就没有了电 阻。 局域的高正电荷区吸引另外的电子