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超导体的探究
摘要:随着科技的发展,我们不禁感叹大自然的神奇。。随后在1911年,研究金属在低温下的电阻时发现,,低于这一温度时便完全不显示电阻了,而且这种现象是可逆的,温度上升又回到了原来的状态,并把这种具有超导电性的新状态称为超导态。超导这个名词第一次进入了人们的视野,经过近百年的努力在这一领域已经获得了许多成果,特别是1986年的高温氧化物超导体的发现,超导的研究进入了一个新的阶段,发展十分迅速。但由于达到超导的临界条件苛刻,超导的应用并不是一帆风顺。然而未来新型的常温超导技术却让我们看到了超导的广阔的应用前景和巨大的商业价值。这必将引起世界性的动力和能源革命,并定会影响人类现有观念和生活方式的变革,带来人类文明的又一次飞跃。
关键词: 超导; 特性; 远大前景
超导材料,又称为超导体,指可以在在特定温度以下,呈现电阻为零的导体。零电阻和抗磁性是超导体的两个最重要特性。使超导体电阻为零的温度,叫超导临界温度。
1 超导材料四大特性;
(1)零电阻性
超导材料处于超导态时电阻为零,能够无损耗地传输电能。如果用磁场在超导环中引发感生电流,这一电流可以毫不衰减地维持下去。这种“持续电流”已多次在实验中观察到。超导现象是20世纪的重大发明之一。科学家发现某物质在温度很低时,(-)以下,电阻就变成了零。
采用“四引线电阻测量法”可测出超导体的R-T特性曲线,如图所示

图中的Rn为电阻开始急剧减小时的电阻值,对应的温度称为起始转变温度TS;当电阻减小到Rn/2时的温度称为中点温度TM;当电阻减小至零时的温度为零电阻温度T0。由于超导体的转变温度还与外部环境条件有关,定义在外部环境条件(电流,磁场和应力等)维持在足够低的数值时,测得的超导转变温度称为超导临界温度。
(2).完全抗磁性
1933年,迈斯纳()发现:当置于磁场中的导体通过冷却过渡到超导态时,原来进入此导体中的磁力线会一下子被完全排斥到超导体之外(见下图),超导体内磁感应强度变为零,这表明超导体是完全抗磁体,这个现象称为迈斯纳效应。


实验表明,超导态可以被外磁场所破坏,在低于TC的任一温度T下,当外
加磁场强度H小于某一临界值HC时,超导态可以保持;当H大于HC时,超导态会被突然破坏而转变成正常态。临界磁场强度HC,其值与材料组成和环境温度等有关。超导材料性能由临界温度TC和临界磁场HC两个参数决定,高于临界值时是一般导体,低于此数值时成为超导体。
(3).约瑟夫森效应
当在两块超导体之间存在一块极薄的绝缘层时,超导电子(对)能通过极薄的绝缘层,这种现象称为约瑟夫森(Josephson)效应,相应的装置称为约瑟夫森器件。


当通以低于临界电流值I0时,在绝缘薄层上的电压为零,但当电流I>I0时,会从超导态转变为正常态,出现电压降,呈现有阻态,这种器件具有显著的非线性电阻特性,可制成高灵敏度的磁敏感器件,应用在超高速计算机等场合。
(4). 同位素效应
超导体的临界温度Tc与其同位素质量M有关。M越大,Tc越低,这称为同位素效应。例如,***同位素,