《普通物理学》课程教学资源（PPT课件）第十四章 激光和固体的量子理论 14-4 超导体

§14-4超导体 一、超导现象 R/Ro 超导电现象某些 0.0020 材料在温度低于 0.0015 某度时，电阻突 然零的现象。具 0.0010 有超导电性的材 料称为超导体， 0.0005 临界温度 电阻降为零度称 为转变温度或临 0.0000 TK 4.00 4.10 4.20 4.30 4.40 界温度。 低温下汞的电阻温度关系 上意子元道觉退此

上页 下页 返回 退出 超导电现象 某些 材料在温度低于 某度时，电阻突 然零的现象。具 有超导电性的材 料称为超导体， 电阻降为零度称 为转变温度或临 界温度。 R/R0 4.00 4.10 4.20 4.30 4.40 0.0000 0.0005 0.0010 0.0015 0.0020 T/K 临界温度 低温下汞的电阻温度关系 一、超导现象 §14-4 超导体

对于氧化物 超导体，其转变 R 温度范围较宽。 Ro 0.9R0 电阻从起始转 变处下降到一半时 0.5R0 对应的温度定义为 转变温度。 0.1R0 T。 △T转变宽度 氧化物超导体的转变温度 让元子觉道司退欢

上页 下页 返回 退出 对于氧化物 超导体，其转变 温度范围较宽。 0.9R0 0.5R0 0.1R0 R0 O T R Te Tm Ts T 氧化物超导体的转变温度 电阻从起始转 变处下降到一半时 对应的温度定义为 转变温度。 T 转变宽度

A color-coded TEM image of a high-temperature superconductor Y BaCu O,-.Yttrium atoms are black,barium atoms are yellow,and copper atoms are red.Oxygen atoms are not seen because of their low atomic number. 高温超导体的电子显微镜图像 士美子文返回退此

上页 下页 返回 退出 高温超导体的电子显微镜图像

二、超导体的主要特性 1.零电阻超导体处于超导态时电阻完全消失，若形 成回路，一旦回路中有电流，该电流将无衰减地持 续下去。 2.临界磁场与临界电流 材料的超导态可以被外加磁场破坏而转入正常态， 这种破坏超导态所需的最小磁场强度称为临界磁场。 w- < 让元子文道司退此

上页 下页 返回 退出 1.零电阻 超导体处于超导态时电阻完全消失，若形 成回路，一旦回路中有电流，该电流将无衰减地持 续下去。 2.临界磁场与临界电流 材料的超导态可以被外加磁场破坏而转入正常态， 这种破坏超导态所需的最小磁场强度称为临界磁场。 二、超导体的主要特性 2 ( ) (0) 1 ( ) c c c c     = −            ， T H T H T T T

临界磁场的存在，限制了超导体中能够通过的电流。 当通过超导体的电流超过某一电流值时，超导态被破坏， 此电流称为临界电流。 4-1j】 三个临界条件：临界温度、临界磁场、临界电流 H.(T) 第 H.(0) 第曰 H.(0) H.(T 正常态 正常态 类超导体 超导态 类超导体 混合态 H(0) HT) 迈斯纳态

上页 下页 返回 退出 临界磁场的存在，限制了超导体中能够通过的电流。 当通过超导体的电流超过某一电流值时，超导态被破坏， 此电流称为临界电流。 2 ( ) (0) 1 c c c     = −           T I T I T 三个临界条件：临界温度、临界磁场、临界电流 Hc 正常态 超导态 (0) Hc ( ) H Tc Tc T 第 Ⅰ 类 超 导 体 Hc 正常态 迈斯纳态 2 (0) Hc Tc T 第 Ⅱ 类 超 导 体 混合态 1 (0) Hc 2 ( ) H T c 1 ( ) H T c

3.迈斯纳效应一一完全抗磁性在使样品转变为超 导态的过程中，无论先降温后加磁场，还是先加磁 场后降温，超导体内的磁感应强度总是为零。 超导 加场 降温 常态 超导 加场 降温 让式不觉返司退

上页 下页 返回 退出 3.迈斯纳效应——完全抗磁性 在使样品转变为超 导态的过程中，无论先降温后加磁场，还是先加磁 场后降温，超导体内的磁感应强度总是为零。 常态 超导 超导 常态

超导完全抗磁性 过程一 加磁场 上意子元道回退此

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4.同位素效应同位素的质量越大，转变温度越 低。同位素效应说明超导不仅与电子状态有关， 也与金属的离子晶格有关。 T cc M-12 三、BCS理论 1957年巴丁（J.Bardeen)、库珀（L.V.Cooper) 和施里弗（J.R.Schrieffer)提出一个超导电性的微观 理论，称为BCS理论。 从正常态到超导态的转变非常迅速，因此人们 设想这种变化应该是电子态的转变，因电子的质量 小、反应快；但是同位素效应又说明这种转变与晶 格的质量有一定关系。 让贰子意蕴同这此

上页 下页 返回 退出 4.同位素效应 同位素的质量越大，转变温度越 低。同位素效应说明超导不仅与电子状态有关， 也与金属的离子晶格有关。 1 2 c − T M 1957年巴丁（J.Bardeen)、库珀（L.V.Cooper) 和施里弗（J.R.Schrieffer)提出一个超导电性的微观 理论，称为BCS理论。 从正常态到超导态的转变非常迅速，因此人们 设想这种变化应该是电子态的转变，因电子的质量 小、反应快；但是同位素效应又说明这种转变与晶 格的质量有一定关系。 三、BCS理论

格波电子在离子晶格间运动时，电子密度有起伏， 当电子在某处集中时，会对附近的离子晶格产生吸引， 从而使离子产生振动，并以波的形式在点阵中 传播，这种波称为格波。 声子格波是量子化的，其量子称为声子。形成格 波的过程相当于电子发射出一个声子。 让文子式返司这此

上页 下页 返回 退出 格波 电子在离子晶格间运动时，电子密度有起伏， 当电子在某处集中时，会对附近的离子晶格产生吸引， 从而使离子产生振动，并以波的形式在点阵中 传播，这种波称为格波。 声子 格波是量子化的，其量子称为声子。形成格 波的过程相当于电子发射出一个声子。 A