实验报告 高温超导材料临界转变温度的测定.docx

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高温超导材料临界转变温度的测定
.实验目的
1,通过对氧化物超导材料的临界温度Tc两种方法的测我们实验中采用钳电阻温度计来标定Si二极管温度计。标定时，
Si二极管通以几十微安的恒定电流，测量PN结两端正向电压U随温度T的变化曲线。而
温度T的大小由钳电阻温度计读出。
3 .温度的控制
温量超导材料的临界参数（如Tc）需要一定的低温环境，对于液氮温区的超导体来说，低温的获得由液氮提供，而温度的控制一般有两种方式：恒温器控温法和温度梯度法。
1）恒温器控温法：
它是利用一般绝热的恒温器内的电阻丝加热来平衡液池冷量的。从而控制恒温器的温
度（即样品温度）稳定在某个所需的温度下。通过恒温器位置升降及加热功率可使平衡温
度升高或降低。这种控温方法的优点是控温精度较高，温度稳定时间长。但是，其测量装置比较复杂，并需要相应的温度控制系统。由于这种控温法是定点控制的，又称定点测量法。
2）温度梯度法：
它是利用杜瓦容器内，液面以上空间存在的温度梯度来取得所需温度的一种简便易行的控温方法，我们实验中采用此法。温度梯度法要求测试探头有较大的热容量及温度均匀性，并通过外加铜套使样品与外部环境隔离，减少样品温度波动。样品温度的控制则是靠在测量过程中改变探头在液氮容器内的位置来达到温度的动态平衡，故又称为连续测量法
（即样品温度是连续下降或上升的），其优点是测量装置比较简单，不足之处是控温精度
及温度均匀性不如定点测量法好。
4 .液面位置的确定：
如上所述，样品温度的控制是靠调节测试探头在液氮中的位置来实现的。测试探头离
液氮面的高低，决定了样品温度变化的快慢。对于金属液氮容器（又称金属杜瓦）来说，
探头在容器中的位置是很难用肉眼观察的。而且实验过程中，液氮因挥发而使液面位置不
断变化。因此为实现样品的温度控制，需要有能指示液氮位置的传感部件，或称“液面计”C
3. .实验任务—V:
1 .测量Bi系超导带材的临界转变温度Tc。一~匕1」
2 .利用钳电阻温度计标定Si二极管温度计。四引线法
4. .实验方法
1. Tc的测定
超导体既是完善导体，又是完全抗磁体，因此当超导体材料发生正常态到超导态转变
时，电阻消失并且磁通从体内排出，这种电磁性质的显著变化是检测临界温度Tc的基本
依据。测量方法一般是使样品温度缓慢改变并监测样品电性或磁性的变化，利用此温度与
电磁性的转变曲线而确定飞。通常分为电测量法一四引线法和磁测法一电磁感应法。
1）四引线法：
由于氧化物超导样品的室温电阻通常只有10,-10"。左右，而被测样品的电引线很细
（为了减少漏热）、很长，而且测量的样品室的温度变化很大（从300K-77K）,这样引线
电阻较大而且不稳定。另外，引线与样品的连接也不可避免出现接触电阻。为了避免引线
电阻和接触电阻的影响，实验中采用四线法（如图7所示），两根电源引线与恒流源相连，
两根电压引线连至数字电压表，用来检测样品的电压。根据欧姆定律，即可得样品电阻，
由样品尺寸可算出电阻率。从测得的R-T曲线可定出临界温度Tc。
2）电磁感应法
根据物理学的电磁感应原理，若有两个相邻的螺旋线圈，在一个线圈（称初级线圈）
内通以频率为O的交流信号，则可在另一线圈（称次级线圈）内激励出同频率信号，此
感应信号的强弱既与频率CO有关，又与两线圈的互感M有关，对于一定结构的两线圈，
其互感M由线圈的本身参数（如几何形状、大小、匝数）及线圈间的充填物的磁导率N有
关。若在线圈间均匀充满磁导率为N的磁介质，则其互感会增大N倍。即
M=NM0（3）
式中Mo为无磁介质时的互感系数。按照法拉第定律，若初级线圈中通以频率为E的正弦
电流，次级线圈中感应信号Uout的大小与M及切成正比，即：
一ddi
Uout==-M—=-M0cos0t（4）
dtdt
由（4）式可知，若工作频率«一定，则Uout与M成正比，根据（3）式可得出次级
线圈中感应信号的变化与充填材料磁化率变化有关，即
iUoutWR⑸
高温超导材料在发生超导转变前可认为是顺磁物质R=1,当转变为超导体后，则为完
全抗磁体（即N=0。如果在两线圈之间放入超导材料样品（见图8）,当样品处于临界温度
Tc时，样品的磁导率N则在1和0之间变化，从而使Uout发生突变。因此测量不同温度
T时的次级线圈信号Uout变化（即Uout〜T曲线）可测定超导材料的临界温度Tc。
T>TcT^Tc
图8电磁感应法测试原理（图中虚线为磁力线）为了测量次级线圈的输出信号，