高溫超導(dǎo)材料的特性與表征.doc

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1、高溫超導(dǎo)材料的特性與表征學(xué)號(hào)：201011141961姓名：郭雪鵬指導(dǎo)老師：王老師口期：2012/10/31摘要：木實(shí)驗(yàn)通過液氮降溫法測量了超導(dǎo)樣品的電阻轉(zhuǎn)變曲線，確定起始轉(zhuǎn)變和零電阻溫度分別96.437K和86.791K。并以伯電阻溫度計(jì)為標(biāo)準(zhǔn)，得到了硅二極管的正向電壓值與溫度的變化1111線；演示高溫超導(dǎo)體磁懸浮現(xiàn)象；泄量測量了在零場冷和場冷條件下的磁懸浮力和超導(dǎo)體一磁體間距的，關(guān)系曲線。關(guān)鍵詞：高溫超導(dǎo)體零電阻現(xiàn)象MEISSNER效應(yīng)磁懸浮1引言從1991年荷蘭物理學(xué)家H.K.Onnes發(fā)現(xiàn)低溫超導(dǎo)體，超導(dǎo)科技發(fā)展大體經(jīng)歷了三個(gè)階段:1911年到1957年BCS超導(dǎo)微觀理

2、論問世，核心是提出庫珀電了對(duì)；1958年到1985年是超導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用的準(zhǔn)備階段，成功研制強(qiáng)磁場超導(dǎo)材料，發(fā)現(xiàn)約瑟夫森效應(yīng)；第三階段是1986年發(fā)現(xiàn)高于30K的超導(dǎo)材料，進(jìn)入超導(dǎo)技術(shù)開發(fā)時(shí)代。超導(dǎo)研究領(lǐng)域的系列最新進(jìn)展，為超導(dǎo)技術(shù)在更方血的應(yīng)用開辟了十分廣闊的前景。本實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖峭ㄟ^對(duì)氧化物高溫超導(dǎo)材料的測量與演示，加深理解超導(dǎo)體兩個(gè)基木特性；了解超導(dǎo)磁懸浮原理；了解金屬和半導(dǎo)體的電阻隨溫度變化以及溫差電效應(yīng)；掌握低溫物理實(shí)驗(yàn)的基木方法：低溫的獲得、控制和測量。2原理2?1超導(dǎo)現(xiàn)象、臨界參數(shù)及實(shí)用超導(dǎo)體1)零電阻現(xiàn)象將物體冷卻到某一臨界溫度Tc以下時(shí)電阻突然降為零的現(xiàn)彖，成為超導(dǎo)體的

3、零電阻現(xiàn)彖。不同的超導(dǎo)體的臨界溫度備不相同。用電阻法測量臨界溫度，把降溫過程屮電阻溫度曲線開始從百線偏離處的溫度稱為起始轉(zhuǎn)變溫度:“窗，臨界溫度乙定義為待測樣品電阻從起始轉(zhuǎn)變處下圖1超導(dǎo)體的電阻轉(zhuǎn)變曲線降到一半對(duì)應(yīng)的溫度，也稱作超導(dǎo)轉(zhuǎn)變的屮點(diǎn)溫度Ttno電阻變化10%到90%所對(duì)應(yīng)的溫度間隔定義為轉(zhuǎn)變寬度A7；,電阻完全降到零時(shí)的溫度為零電阻溫度7；。o2)MEISSNER效應(yīng)超導(dǎo)體內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度等于()，與加磁場順序無關(guān)。圖2超導(dǎo)體磁性1)臨界磁場乞磁場加到超導(dǎo)體上血，部分磁場能量用來建立屏蔽電流的磁場抵消超導(dǎo)體內(nèi)部磁場。當(dāng)磁場達(dá)到某一數(shù)值，樣品返I叫正常態(tài)，破壞超導(dǎo)電性，這個(gè)

4、磁場稱為臨界磁場日°。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),有兩類磁行為。對(duì)于一般導(dǎo)體，在Tc一下，Hc(T)與T遵循Hc(T)=Hc(0)[l-(W)2]；第二類超導(dǎo)體，超導(dǎo)態(tài)和正常態(tài)Z間存在一個(gè)過渡態(tài)，有兩個(gè)臨界參數(shù)Hcl和Hc2。H

5、數(shù)金屬超導(dǎo)體正常態(tài)恢復(fù)是突變的，對(duì)超導(dǎo)和金、化合物及高溫超導(dǎo)體，隨I增加逐漸變到正常態(tài)。2.2電阻溫度特性1)純金屬材料的電阻溫度特性純金屬品體電阻產(chǎn)工于晶體電了被晶格散射和晶格屮缺陷熱振動(dòng)散射。金屬總電阻率表示為p=pL(T)+pr了)表示晶格熱振動(dòng)對(duì)電了散射引起的電阻率，與溫度有關(guān)，電阻與溫度的關(guān)系決定晶格振動(dòng)散射。。表示雜質(zhì)和缺陷對(duì)電了散射引起的電阻率，一般不依賴溫度。2)半導(dǎo)體材料的電阻溫度特性木征半導(dǎo)體的電阻率口為Pi厲為載流了濃度，H=/<+//為遷移率。電阻率“隨溫度上升單調(diào)下降，如<0。dT對(duì)于雜質(zhì)半導(dǎo)體，載流了由雜質(zhì)電離及木征激發(fā)產(chǎn)生,載流了濃度隨溫度變化關(guān)系

6、比較復(fù)雜,存在電離雜質(zhì)散射和聲了散射，遷移率變化比較復(fù)雜。3實(shí)驗(yàn)?zāi)緦?shí)驗(yàn)裝置由以下部分紐?成:低溫溫度的獲得和控制主要包括低溫恒溫器和不銹鋼杜瓦容器;電測量部分主要包括BW2型高溫超導(dǎo)材料特性測試裝置和PZ158型真流數(shù)字電壓表；高溫超導(dǎo)體的磁懸浮演示裝置。3?1低溫恒溫器和不銹鋼杜瓦容器得到從液氮的正常沸點(diǎn)77.4K到室溫范圍內(nèi)的任意溫度，主要測量超導(dǎo)轉(zhuǎn)變1111線，并在液氮正常沸點(diǎn)附近的溫度范圍內(nèi)標(biāo)定溫度計(jì)。控溫從高溫到低溫，利丿IJ液氮液面以上空間存在的溫度梯度來獲得需要的溫度，通過改變低溫恒溫器奮杜瓦容器內(nèi)的位置來改變樣品溫度控制降溫速率。3.2電測量原理及測量設(shè)備電測量

7、設(shè)備核心是BW2型高溫超導(dǎo)材料特性測試裝置電源盒和PZ158型直流數(shù)字電壓表。BW2型高溫超導(dǎo)材料特性測試裝置主要由鉗電阻、硅二極管和超導(dǎo)樣品等三個(gè)電阻測量電路構(gòu)成，每一電路包含恒流源、標(biāo)準(zhǔn)電阻、待測電阻、數(shù)字電壓表和轉(zhuǎn)換開關(guān)五個(gè)主要部件。電阻測最電路如圖3「恒漁源｝標(biāo)準(zhǔn)電池Rn樣品RrR.UXR4數(shù)據(jù)處理與結(jié)果分析根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到樣品的電阻隨溫度變化1111線和一?極管止向電壓隨溫度變化關(guān)系如圖4R(Q)樣品電阻與溫度關(guān)系曲線0.4500.4000.350.■■?0.300八0.250?0