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高温超导材料特性测试和低温温度计引言一实验目的 1. 了解高临界温度超导材料的基本特性及其测试方法。 pn 结的伏安特性随温度的变化以及温差电效应。 ,以及低温温度控制的简便方法。二实验原理(一)高临界温度超导电性 1911 年,卡麦林?翁纳斯(H. Kamerlingh Onnes, 1853 ? 1926) 用液氦冷却水银线并通以几毫安的电流, 在测量其端电压时发现,当温度稍低于液氦的正常沸点时,水银线的电阻突然跌落到零,-温度关系曲线如图1所示,人们引进起始转变温度 oncet cT , 、零电阻温度 0cT 和超导转变(中点)温度 cmT (或cT ), 超导样品中通过的电流应尽可能小(毫安量级)。由于数字电压表的灵敏度的迅速提高, 用伏安法直接判定零电阻现象已成为实验室中常用的方法之一。 1933 年,迈斯纳(. Meissner,1882 ? 1974) 和奥克森菲尔德(R. Ochsenfeld) 发现,不图1超导体的电阻转变曲论是在没有外加磁场或有外加磁场的情况下使锡和铅样品从正常态转变为超导态, 只要 T<cT ,在超导体内部的磁感应强度 iB 总是等于零的,这个效应称为迈斯纳效应,表明超导体具有完全抗磁性。。在超导现象发现以后,人们一直在为提高超导临界温度而努力,然而进展却十分缓慢, 1973 年所创立的记录(Nb3Ge, cT = 23. 2 K)就保持了 12年。 1986 年4月,缪勒(. Mü ller) 和贝德罗兹(. Bednorz) 宣布,一种钡镧铜氧化物的超导转变温度可能高于 30K,从此掀起了波及全世界的关于高温超导电性的研究热潮,在短短的两年时间里就把超导临界温度提高到了 110 K,到 1993 年3月已达到了 134 K。迄今为止,已发现 28种金属元素(在地球常态下)及许多合金和化合物具有超导电性,还有些元素只在高压下才具有超导电性。在表 1中给出了典型的超导材料的临界温度 cT (零电阻值)。温度的升高,磁场或电流的增大,都可以使超导体从超导态转变为正常态,因此常用临界温度 cT 、临界磁场cB 和临界电流密度 cj 1911 年发现超导电性以来,人们就一直设法用超导材料来绕制超导线圈——超导磁体。但令人失望的是,只通过很小的电流超导磁体就失超了,即超导线圈从电阻为零的超导态转变到了电阻相当高的正常态。直到 1961 年,孔兹勒() 等人利用 Nb3Sn 超导材料,绕制成了能产生接近 9T 磁场的超导线圈,这才打开了实际应用的局面。例如,超导磁体两端并接一超导开关,可以使超导磁体工作在持续电流状态,得到极其稳定的磁场,使所需要的核磁共振谱线长时间地稳定在观测屏上。时,这样做还可以在正常运行时断开供电电路,省去了焦耳热的损耗,减少了液氦和液氮的损耗。(二)金属电阻随温度的变化电阻随温度变化的性质,对于各种类型的材料是很不相同的,它反映了物质的内在属性,是研究物质性质的基本方法之一。在绝