高温超导.doc

高温超导阻温特性测试
自1911年荷兰物理学家翁纳斯发现超导现象以后,人们一直在为提高超导临界温度而努力,直到1986年,才有了极大的进展,现在,临界温度已提高到130K左右。目前,块状超导体、高温超导导线、大面积超导薄膜等超导材料在磁悬浮输运、强电、弱电等工程领域上的应用已完成了前期实验阶段,现已投入工程开发中。专家预测,二十年内超导技术将在通讯、交通、军事、电力等领域得到应用。
历史上已有八位科学家因为超导研究方面的成就而荣获诺贝尔物理学奖,可见超导研究的重要性,它是物理学的前沿课题。本实验的内容是低温的获得和控制、各类温度传感器和液面计的特性应用、电阻的四引线测量法、乱真电动势的判定等。
【目的】
1、测量超导样品的电阻温度特性,了解麦斯纳效应;
2、掌握四引线的精密测量电阻的方法;
3、了解YBCO氧化物超导体的制备方法。
【原理】
通常把物体在一定温度下电阻突然跌落到零的现象,称为零电阻现象或超导现象,而把电阻突然变为零的温度称为临界温度,用TC表示。利用本实验装置,可用逐点测量的方法得到高温超导体的电阻转变曲线,并可用标准的方法判断零电阻现象是否实现。除了零电阻现象之外,超导体还具有另一个基本的特征——迈斯纳效应(完全抗磁性),即不论在有或没有外加磁场的情况下,使样品从正常态转变为超导态,只要T<TC,在超导体内部的磁感应强度总是等于零的。

图1 超导阻温曲线
高临界温度超导特性
当超导体温度降到某一温度(T)时,其电阻为零。本实验中,所用的YBaCuO样品的零电阻温度大约为90K左右。
2. 电测量设备及测量原理
本实验测量设备主要由铑铁电阻和超导样品两个电阻测量电路构成,每一电路均包含恒流源、标准电阻、待测电阻、数字电压表和转换开关等五个主要部件。实验中测量样品电压等采用四引线测量法,其基本原理是:恒流源通过两根电流引线将待测电流I提供给待测样品,而数字电压表则是通过两根电压引线测量样品上电压U。由于两根电压引线与样品的节点处在两根电流引线的节点之间,因此排除了电流引线与样品之间的接触电阻对测量的影响;又由于数字电压表的输入阻值很高,电压引线的引线电阻以及它们与样品之间的接触电阻对测量的影响可以忽略不计。因此,四引线测量法减小甚至排除了引线电阻和接触电阻对测量的影响,是国际上通用的标准测量方法。四引线法测量电阻示意图见图1。
图2四引线法测量电阻
样品Rs
标准电池Rn
恒流源
3. 铑铁电阻随温度的变化:实验表明铂电阻随温度的变化呈良好的线性关系,本实验中温度在77-130K范围内,铂电阻R1随温度T的关系为: T (K ) = a + b R1 。
5. 温差电偶的测量电路:当两种金属所做成的导线连成回路,并使其两接触点维持在不同温度时,该闭合回路就会有温差电动势存在。在本实验中,