建筑工程類超導(dǎo)材料1(課堂講義)

1、第三章 超導(dǎo)材料第一節(jié)第一節(jié) 超導(dǎo)電性的發(fā)展歷史超導(dǎo)電性的發(fā)展歷史第二節(jié)第二節(jié) 超導(dǎo)體的基本物理性質(zhì)超導(dǎo)體的基本物理性質(zhì)第三節(jié)第三節(jié) 傳統(tǒng)超導(dǎo)體的超導(dǎo)電性理論傳統(tǒng)超導(dǎo)體的超導(dǎo)電性理論第四節(jié)第四節(jié) 兩類超導(dǎo)體兩類超導(dǎo)體第五節(jié)第五節(jié) 超導(dǎo)隧道效應(yīng)超導(dǎo)隧道效應(yīng)第六節(jié)第六節(jié) 超導(dǎo)材料的進(jìn)展及高超導(dǎo)材料的進(jìn)展及高Tc在追求在追求第七節(jié)第七節(jié) 幾種超導(dǎo)材料幾種超導(dǎo)材料1.1 深刻的歷史背景 低溫的獲得 低溫下電阻變化的爭端1.2 超導(dǎo)發(fā)展簡史第一節(jié) 超導(dǎo)電性的發(fā)展歷史10310410131012109108107106105亞核現(xiàn)象亞核現(xiàn)象中子中子-質(zhì)子質(zhì)子最熱星球內(nèi)部最熱星球內(nèi)部氫彈氫彈太陽內(nèi)部太陽內(nèi)部

2、日冕日冕原子彈原子彈等離子體等離子體太陽表面太陽表面鐵的熔點(diǎn)鐵的熔點(diǎn)101000-250-269-273 0水的沸點(diǎn)水的沸點(diǎn)人體溫度人體溫度水的冰點(diǎn)水的冰點(diǎn)空氣液化點(diǎn)空氣液化點(diǎn)氦氣液化點(diǎn)氦氣液化點(diǎn)絕對零度絕對零度攝氏溫度攝氏溫度開氏溫標(biāo)開氏溫標(biāo)超高溫超高溫生命溫區(qū)生命溫區(qū)低溫低溫CK地球上曾達(dá)到的最高溫度地球上曾達(dá)到的最高溫度地球上自然存在的最冷的地方地球上自然存在的最冷的地方生命溫區(qū)生命溫區(qū)1.1 深刻的歷史背景：深刻的歷史背景： 低溫的獲得低溫的獲得獲得低溫的方法：獲得低溫的方法：（1）氣體絕熱膨脹，對外做功）氣體絕熱膨脹，對外做功（2）利用揮發(fā)性的液體，把它的蒸汽迅速在抽去，）利用揮發(fā)性

3、的液體，把它的蒸汽迅速在抽去， 液體跟著蒸發(fā)，溫度就降低液體跟著蒸發(fā)，溫度就降低干冰干冰（固體二氧化碳固體二氧化碳）醚的混合物醚的混合物：-110C的低的低溫溫 法拉第法拉第：氯氣，二氧化碳，硫化氫，氯化氫，氨等氯氣，二氧化碳，硫化氫，氯化氫，氨等 O2, N2, H2, He焦耳焦耳-湯姆遜效應(yīng)湯姆遜效應(yīng) :經(jīng)過多孔物質(zhì)膨脹后的氣體，其溫度隨兩端壓強(qiáng)差值而經(jīng)過多孔物質(zhì)膨脹后的氣體，其溫度隨兩端壓強(qiáng)差值而成正比的變化。成正比的變化。 在常溫常壓在常溫常壓：空氣，空氣，O2，CO2經(jīng)過絕熱膨脹降溫經(jīng)過絕熱膨脹降溫 H2則升溫。則升溫。 存在一個(gè)轉(zhuǎn)化溫度存在一個(gè)轉(zhuǎn)化溫度： 為人們征服永久氣體指明了

4、方向?yàn)槿藗冋鞣谰脷怏w指明了方向0K180K80K77K20K1908年：年：He 4.2K1884年：年： N21898年：年：H21877 年：年：O21906年：年：Onnes H2杜瓦：杜瓦： 溫度越低，電阻越低，溫度越低，電阻越低，電阻在絕對零度為零電阻在絕對零度為零開爾文：純金屬電阻在低溫開爾文：純金屬電阻在低溫下某個(gè)溫度時(shí)，達(dá)到最小值，下某個(gè)溫度時(shí)，達(dá)到最小值，隨著溫度進(jìn)一步降低，電阻隨著溫度進(jìn)一步降低，電阻反而增大反而增大 低溫下電阻變化的爭端低溫下電阻變化的爭端1870 格羅寧根大學(xué)格羅寧根大學(xué)1871 海德堡海德堡1879 博士學(xué)位博士學(xué)位1882 萊頓大學(xué)物理系教授萊頓大

5、學(xué)物理系教授1908 液化液化He1911 Hg的超導(dǎo)現(xiàn)象的超導(dǎo)現(xiàn)象1913 諾貝爾獎諾貝爾獎知識來自測量知識來自測量Heike Kamerlingh Onnes (1853-1926) Hg電阻隨溫度的變化電阻隨溫度的變化開爾文觀點(diǎn)開爾文觀點(diǎn)Pt趨于常數(shù)（雜質(zhì)）趨于常數(shù)（雜質(zhì)）Hg4.19K儀器精密度儀器精密度論水銀電論水銀電阻消失速度阻消失速度 Hg電阻隨溫度的變化電阻隨溫度的變化l1911年，昂納斯首次觀察到超導(dǎo)電性。年，昂納斯首次觀察到超導(dǎo)電性。l1933年，邁斯納效應(yīng)。年，邁斯納效應(yīng)。l1957年，巴丁、庫柏和施瑞弗基于電年，巴丁、庫柏和施瑞弗基于電子和聲子的相互作用，建立了成功的子

6、和聲子的相互作用，建立了成功的微觀理論微觀理論l50年代末和年代末和60年代初，第年代初，第類超導(dǎo)體類超導(dǎo)體及其約瑟夫森效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，促使超導(dǎo)及其約瑟夫森效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，促使超導(dǎo)電性的應(yīng)用開始逐步地成為一門新技電性的應(yīng)用開始逐步地成為一門新技術(shù)，即低溫超導(dǎo)電技術(shù)。術(shù)，即低溫超導(dǎo)電技術(shù)。l從從60年代到年代到80年代，探索能在液氮溫年代，探索能在液氮溫區(qū)甚至能在室溫下工作的高溫超導(dǎo)體。區(qū)甚至能在室溫下工作的高溫超導(dǎo)體。1993年年5月司麒麟月司麒麟(ASchilling)和普特林和普特林(SNRutilin)等人又成等人又成功地合成了功地合成了Hg-Ba-Ca-Cu-O氧氧化物超導(dǎo)體，其超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度化

7、物超導(dǎo)體，其超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度達(dá)達(dá)134K。液氦溫度液氦溫度4.2K液氮溫度液氮溫度77K自從高溫氧化物超導(dǎo)體自從高溫氧化物超導(dǎo)體被發(fā)現(xiàn)以來，在材料、被發(fā)現(xiàn)以來，在材料、機(jī)制以及應(yīng)用三個(gè)方面機(jī)制以及應(yīng)用三個(gè)方面的研究及開發(fā)工作都有的研究及開發(fā)工作都有了很大的進(jìn)展。新的超了很大的進(jìn)展。新的超導(dǎo)材料不斷被發(fā)現(xiàn)，從導(dǎo)材料不斷被發(fā)現(xiàn)，從而不斷給出更多的揭示而不斷給出更多的揭示高溫超導(dǎo)電性的新的信高溫超導(dǎo)電性的新的信息。息。 J. G. BednorzK. A. Muller發(fā)現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)在La-Ba-Cu-O化合物在化合物在35K下的超導(dǎo)現(xiàn)象下的超導(dǎo)現(xiàn)象1987年的諾貝爾物理學(xué)獎年的諾貝爾物理學(xué)獎朱經(jīng)武朱經(jīng)武趙

8、忠賢趙忠賢1987年年2月朱經(jīng)武等在美國宣布發(fā)現(xiàn)月朱經(jīng)武等在美國宣布發(fā)現(xiàn)Tc上升到液氮溫區(qū)的氧上升到液氮溫區(qū)的氧化物超導(dǎo)體化物超導(dǎo)體(Tc90K)，趙忠賢等注意到，趙忠賢等注意到La-Sr-Cu-O體系的體系的摻雜效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)摻雜效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)Tc90K的的Y-Ba-Cu-O化合物化合物第一節(jié)第一節(jié) 超導(dǎo)電性的發(fā)展歷史超導(dǎo)電性的發(fā)展歷史第二節(jié)第二節(jié) 超導(dǎo)體的基本物理性質(zhì)超導(dǎo)體的基本物理性質(zhì) 2.1 零電阻效應(yīng)零電阻效應(yīng)2.2 完全抗磁性完全抗磁性-邁納斯效應(yīng)邁納斯效應(yīng)第三節(jié)第三節(jié) 傳統(tǒng)超導(dǎo)體的超導(dǎo)電性理論傳統(tǒng)超導(dǎo)體的超導(dǎo)電性理論第四節(jié)第四節(jié) 兩類超導(dǎo)體兩類超導(dǎo)體第五節(jié)第五節(jié) 超導(dǎo)隧道效應(yīng)超導(dǎo)隧道效應(yīng)

9、第六節(jié)第六節(jié) 超導(dǎo)材料的進(jìn)展及高超導(dǎo)材料的進(jìn)展及高Tc在追求在追求第七節(jié)第七節(jié) 幾種超導(dǎo)材料幾種超導(dǎo)材料第二節(jié) 超導(dǎo)體的基本物理性質(zhì)2.1 零電阻效應(yīng) 電阻真的是零嗎？電阻真的是零嗎？最新研究表明，即使有電阻，也小于最新研究表明，即使有電阻，也小于10-29m4.2K下，下，Cu的電阻率：的電阻率： 10-11m是否可以隨心所欲的傳輸電流？是否可以隨心所欲的傳輸電流？A. 臨界溫度臨界溫度Tc ： 電阻突然消失的溫度電阻突然消失的溫度超超導(dǎo)導(dǎo)金金屬屬臨臨界界溫溫度度L Le ea ad d ( (P Pb b) )7 7. .1 19 96 6 K KL La an nt th ha an n

10、u um m ( (L La a) )4 4. .8 88 8 K KM Me er rc cu ur ry y ( (H Hg g) )4 4. .1 15 5 K KT Ti in n ( (S Sn n) )3 3. .7 72 2 K KA Al lu um mi in nu um m ( (A Al l) )1 1. .1 17 75 5 K KM Mo ol ly yb bd de en nu um m ( (M Mo o) )0 0. .9 91 15 5 K KZ Zi in nc c ( (Z Zn n) )0 0. .8 85 5 K KZ Zi ir rc co on n

11、i iu um m ( (Z Zr r) )0 0. .6 61 1 K KC Ca ad dm mi iu um m ( (C Cd d) )0 0. .5 51 17 7 K KT Ti it ta an ni iu um m ( (T Ti i) )0 0. .4 40 0 K KT Tu un ng gs st te en n ( (W W) )0 0. .0 01 15 54 4 K KP Pl la at ti in nu um m ( (P Pt t) )* *0 0. .0 00 01 19 9 K KR Rh ho od di iu um m ( (R Rh h) )0 0.

12、 .0 00 00 03 32 25 5 K K純金屬的超導(dǎo)臨界溫度純金屬的超導(dǎo)臨界溫度液氦溫度液氦溫度4.2K液氫溫度液氫溫度20K液氮溫度液氮溫度77K)1 ()(220TcTIcTIc式中式中 Ic0 是絕對零度時(shí)的臨界電流。是絕對零度時(shí)的臨界電流。B. 臨界電流Ic 實(shí)驗(yàn)還表明，即使溫度在臨界溫度以下，超導(dǎo)體中通過足夠強(qiáng)的電流也會破壞超導(dǎo)電性，導(dǎo)致破壞超導(dǎo)電性所需要的電流稱作臨界電流臨界電流Ic。Ic是溫度的函數(shù)臨界電流隨溫度變化的關(guān)系：為什么臨界電流會破壞超導(dǎo)狀態(tài)呢？為什么臨界電流會破壞超導(dǎo)狀態(tài)呢？C. 臨界磁場臨界磁場Hc實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，超導(dǎo)電性可以被外加磁場實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，超導(dǎo)電性可以被外加

13、磁場破壞。對處于超導(dǎo)態(tài)的超導(dǎo)體施加一個(gè)破壞。對處于超導(dǎo)態(tài)的超導(dǎo)體施加一個(gè)磁場，當(dāng)磁場強(qiáng)度高于某個(gè)數(shù)值磁場，當(dāng)磁場強(qiáng)度高于某個(gè)數(shù)值Hc時(shí)時(shí), ，超導(dǎo)態(tài)被破壞。把破壞超導(dǎo)態(tài)的最小磁超導(dǎo)態(tài)被破壞。把破壞超導(dǎo)態(tài)的最小磁場強(qiáng)度稱為臨界磁場。場強(qiáng)度稱為臨界磁場。Hc(T)與溫度有如下關(guān)系：與溫度有如下關(guān)系：式中式中HC0 是絕對零度時(shí)的臨界磁場。是絕對零度時(shí)的臨界磁場。)/1 (220TcTHcHc金屬超導(dǎo)體臨界磁場與溫度的關(guān)系金屬超導(dǎo)體臨界磁場與溫度的關(guān)系 電流破壞超導(dǎo)電性 磁場破壞超導(dǎo)電性 關(guān)系？ 當(dāng)通過樣品的電流當(dāng)通過樣品的電流Ic在樣品表面產(chǎn)生的磁場達(dá)到在樣品表面產(chǎn)生的磁場達(dá)到Hc，既，既臨界磁場

14、時(shí)，超導(dǎo)狀態(tài)被破壞。產(chǎn)生臨界磁場的電流即臨界磁場時(shí)，超導(dǎo)狀態(tài)被破壞。產(chǎn)生臨界磁場的電流即超導(dǎo)態(tài)允許流動的最大電流。超導(dǎo)態(tài)允許流動的最大電流。 臨界電流和溫度及磁場的關(guān)系臨界電流和溫度及磁場的關(guān)系 臨界溫度（臨界溫度（Tc）、臨界電流）、臨界電流（Ic ）和臨界磁場（）和臨界磁場（Hc ）是）是“約束約束”超導(dǎo)現(xiàn)象的三大臨界超導(dǎo)現(xiàn)象的三大臨界條件。條件。三者具有明顯的相關(guān)性，只三者具有明顯的相關(guān)性，只有當(dāng)超導(dǎo)體同時(shí)處于三個(gè)臨有當(dāng)超導(dǎo)體同時(shí)處于三個(gè)臨界條件以內(nèi)，即處于如圖所界條件以內(nèi)，即處于如圖所示的三角錐形曲面內(nèi)側(cè)，才示的三角錐形曲面內(nèi)側(cè)，才具有超導(dǎo)電性。臨界值越高，具有超導(dǎo)電性。臨界值越高，實(shí)

15、用性就強(qiáng)，利用價(jià)值就越實(shí)用性就強(qiáng)，利用價(jià)值就越高。高。 理想導(dǎo)體：理想導(dǎo)體： =0，= J= E tBE0tBBB0E=0邁納斯邁納斯(Meissner) 效應(yīng)效應(yīng)1933年，德國物理學(xué)家邁斯納年，德國物理學(xué)家邁斯納(WMeissner)和奧森菲爾德和奧森菲爾德(ROchsenfeld)對錫單晶球超導(dǎo)體對錫單晶球超導(dǎo)體做磁場分布測量時(shí)發(fā)現(xiàn)在磁場中把做磁場分布測量時(shí)發(fā)現(xiàn)在磁場中把金屬冷卻進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)時(shí)，超導(dǎo)體內(nèi)金屬冷卻進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)時(shí)，超導(dǎo)體內(nèi)的磁通線似乎一下子被排斥出去，的磁通線似乎一下子被排斥出去，保持體內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度保持體內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度B等于零。等于零。處在超導(dǎo)態(tài)的物體完全排斥磁場，處在超導(dǎo)態(tài)的物體

16、完全排斥磁場，即磁力線不能進(jìn)入超導(dǎo)體內(nèi)部，這即磁力線不能進(jìn)入超導(dǎo)體內(nèi)部，這個(gè)性質(zhì)叫完全抗磁性，通常叫做邁個(gè)性質(zhì)叫完全抗磁性，通常叫做邁斯納效應(yīng)。斯納效應(yīng)。超導(dǎo)體內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度超導(dǎo)體內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度B總是等于零總是等于零1/HM)(0MHB0BMH超導(dǎo)體內(nèi)的磁化率為超導(dǎo)體內(nèi)的磁化率為-1，也就是說，超導(dǎo)體是完全抗磁體。，也就是說，超導(dǎo)體是完全抗磁體。邁斯納效應(yīng)產(chǎn)生的原因邁斯納效應(yīng)產(chǎn)生的原因當(dāng)超導(dǎo)體處于超導(dǎo)態(tài)時(shí)，在磁場的作用下，表面產(chǎn)生當(dāng)超導(dǎo)體處于超導(dǎo)態(tài)時(shí)，在磁場的作用下，表面產(chǎn)生無損耗感應(yīng)電流，這個(gè)電流產(chǎn)生的磁場與原磁場的大小相無損耗感應(yīng)電流，這個(gè)電流產(chǎn)生的磁場與原磁場的大小相等，方向相反，因而總合成

17、磁場為零。等，方向相反，因而總合成磁場為零。即，無損感應(yīng)電流對外加磁場起著屏蔽的作用，因此即，無損感應(yīng)電流對外加磁場起著屏蔽的作用，因此又稱為抗磁性屏蔽電流。又稱為抗磁性屏蔽電流。這一現(xiàn)象與過程無關(guān)也就是說，將先將錫球冷卻到超這一現(xiàn)象與過程無關(guān)也就是說，將先將錫球冷卻到超導(dǎo)狀態(tài)，然后在加上外加磁場，錫球同樣出現(xiàn)了抗磁性。導(dǎo)狀態(tài)，然后在加上外加磁場，錫球同樣出現(xiàn)了抗磁性。邁斯納效應(yīng)的意義：否定了超導(dǎo)體是理想導(dǎo)體觀點(diǎn)邁斯納效應(yīng)的意義：否定了超導(dǎo)體是理想導(dǎo)體觀點(diǎn)衡量一種材料是否具有超導(dǎo)電性必須看是否同時(shí)具有衡量一種材料是否具有超導(dǎo)電性必須看是否同時(shí)具有零電阻和邁斯納效應(yīng)。零電阻和邁斯納效應(yīng)。 根據(jù)上

18、述超導(dǎo)材料的兩個(gè)基本特征，可根據(jù)上述超導(dǎo)材料的兩個(gè)基本特征，可以看出：以看出：超導(dǎo)體是指某種物質(zhì)冷卻到某一溫度時(shí)超導(dǎo)體是指某種物質(zhì)冷卻到某一溫度時(shí)電阻突然變?yōu)榱?，同時(shí)物質(zhì)內(nèi)部失去磁通成電阻突然變?yōu)榱悖瑫r(shí)物質(zhì)內(nèi)部失去磁通成為完全抗磁性的物質(zhì)。為完全抗磁性的物質(zhì)。第一節(jié)第一節(jié) 超導(dǎo)電性的發(fā)展歷史超導(dǎo)電性的發(fā)展歷史第二節(jié)第二節(jié) 超導(dǎo)體的基本物理性質(zhì)超導(dǎo)體的基本物理性質(zhì)第三節(jié)第三節(jié) 傳統(tǒng)超導(dǎo)體的超導(dǎo)電性理論傳統(tǒng)超導(dǎo)體的超導(dǎo)電性理論 3.1 唯象理論唯象理論 3.2 傳統(tǒng)超導(dǎo)體的微觀機(jī)制傳統(tǒng)超導(dǎo)體的微觀機(jī)制第四節(jié)第四節(jié) 兩類超導(dǎo)體兩類超導(dǎo)體第五節(jié)第五節(jié) 超導(dǎo)隧道效應(yīng)超導(dǎo)隧道效應(yīng)第六節(jié)第六節(jié) 超導(dǎo)材料的

19、進(jìn)展及高超導(dǎo)材料的進(jìn)展及高Tc在追求在追求第七節(jié)第七節(jié) 幾種超導(dǎo)材料幾種超導(dǎo)材料第三節(jié) 傳統(tǒng)超導(dǎo)體的超導(dǎo)電性理論3.1 唯象理論A.二流體模型： 為了解釋超導(dǎo)體的熱力學(xué)性質(zhì)，戈特（C.J.Gorter）和卡西米爾（H.B.G.Casimir）于1934年提出了超導(dǎo)態(tài)的二流體模型。 二流體模型包括以下三個(gè)假設(shè)：金屬處于超導(dǎo)態(tài)時(shí)，共有化電子（總數(shù)為金屬處于超導(dǎo)態(tài)時(shí)，共有化電子（總數(shù)為N）可分成兩部分：正常電子可分成兩部分：正常電子Nn和超導(dǎo)電子和超導(dǎo)電子Ns，分，分別構(gòu)成正常流體和超導(dǎo)電子流體，它們占有同別構(gòu)成正常流體和超導(dǎo)電子流體，它們占有同一體積，彼此獨(dú)立地運(yùn)動，兩種電子的相對數(shù)一體積，彼此獨(dú)

20、立地運(yùn)動，兩種電子的相對數(shù)目是溫度的函數(shù)。目是溫度的函數(shù)。正常電子流體的性質(zhì)與普通金屬中的自正常電子流體的性質(zhì)與普通金屬中的自由電子氣相同，熵不等于零。正常電子因由電子氣相同，熵不等于零。正常電子因受晶格振動的散射而會產(chǎn)生電阻。受晶格振動的散射而會產(chǎn)生電阻。超導(dǎo)電子流體由于其有序性而對熵超導(dǎo)電子流體由于其有序性而對熵的貢獻(xiàn)為零。超導(dǎo)電子不會受晶格散的貢獻(xiàn)為零。超導(dǎo)電子不會受晶格散射，不產(chǎn)生電阻。射，不產(chǎn)生電阻。二流體模型對超導(dǎo)體零電阻特性的解釋是：二流體模型對超導(dǎo)體零電阻特性的解釋是：當(dāng)當(dāng)TTc時(shí)時(shí),開始出現(xiàn)超導(dǎo)電子，隨著溫度開始出現(xiàn)超導(dǎo)電子，隨著溫度T的減的減小，更多的正常電子轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)電子

21、；小，更多的正常電子轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)電子；T=0K時(shí)，所有電子均成為超導(dǎo)電子。超導(dǎo)電時(shí)，所有電子均成為超導(dǎo)電子。超導(dǎo)電子的運(yùn)動是無阻的，超導(dǎo)導(dǎo)體內(nèi)部的電流完全子的運(yùn)動是無阻的，超導(dǎo)導(dǎo)體內(nèi)部的電流完全來自超導(dǎo)電子的貢獻(xiàn)，它們對正常電子起到了來自超導(dǎo)電子的貢獻(xiàn)，它們對正常電子起到了短路的作用，正常電子部承載電流，因而沒有短路的作用，正常電子部承載電流，因而沒有電阻。電阻。B. 倫敦方程倫敦方程1935年年 倫敦兄弟（倫敦兄弟（F.London，HLondon)根據(jù)零電阻效應(yīng)和邁斯納效應(yīng)根據(jù)零電阻效應(yīng)和邁斯納效應(yīng)一個(gè)方程給出零電阻效應(yīng)一個(gè)方程給出零電阻效應(yīng)一個(gè)反映超導(dǎo)電流和磁場的關(guān)系，預(yù)言了超導(dǎo)體的一個(gè)反

22、映超導(dǎo)電流和磁場的關(guān)系，預(yù)言了超導(dǎo)體的表面穿透深度。表面穿透深度。EmenJtss2倫敦第一方程倫敦第一方程式中，式中，m m是電子質(zhì)量，是電子質(zhì)量，J Js s為超導(dǎo)電流密度，為超導(dǎo)電流密度，n ns s是超導(dǎo)電子密度。是超導(dǎo)電子密度。由上式可見：在由上式可見：在下，超導(dǎo)體中的下，超導(dǎo)體中的為為常值時(shí)，常值時(shí)，則則E E0 0。即，在穩(wěn)態(tài)下，超導(dǎo)體內(nèi)的即，在穩(wěn)態(tài)下，超導(dǎo)體內(nèi)的等于零，等于零，因此，它說明了因此，它說明了。0sJtEmenJtss2倫敦第二方程倫敦第二方程式中，式中， (m(mn ns se e2 2) )。 m m是是，J Js s為為，n ns s是是BJs)( 設(shè)超導(dǎo)體占

23、據(jù)設(shè)超導(dǎo)體占據(jù)x0的空的空間，間，x0的區(qū)域?yàn)檎婵铡５膮^(qū)域?yàn)檎婵?。B以以為零，為零，在超導(dǎo)體內(nèi)部，在超導(dǎo)體內(nèi)部，x 處處 ， B為零。為零。磁場在超導(dǎo)體中的磁場在超導(dǎo)體中的和和倫敦第一方程和倫敦第二方程可以概括倫敦第一方程和倫敦第二方程可以概括和和，并預(yù)言了超導(dǎo)體表面上的，并預(yù)言了超導(dǎo)體表面上的 L。在在0 K0 K下的磁場穿透深度下的磁場穿透深度 l l92Tl47Ni(3845)Hg39Pb50Al51 Sn穿透深度穿透深度 L（nm）物質(zhì)物質(zhì)皮帕德穿透深度皮帕德穿透深度1950年金茲堡年金茲堡(Ginsberg)和朗道和朗道(Landau)將將朗道的朗道的應(yīng)用于超導(dǎo)體，構(gòu)成金茲堡應(yīng)用于超

24、導(dǎo)體，構(gòu)成金茲堡朗道理論。朗道理論。該理論也能預(yù)言該理論也能預(yù)言，并且還可以反映，并且還可以反映的一系列特征。的一系列特征。 該理論預(yù)言了第二類超導(dǎo)體的磁通格子的存在該理論預(yù)言了第二類超導(dǎo)體的磁通格子的存在以及混合態(tài)詳盡的磁性質(zhì)（阿布里柯索夫理論）。以及混合態(tài)詳盡的磁性質(zhì)（阿布里柯索夫理論）。C. 金茲堡金茲堡-朗道理論朗道理論第一節(jié)第一節(jié) 超導(dǎo)電性的發(fā)展歷史超導(dǎo)電性的發(fā)展歷史第二節(jié)第二節(jié) 超導(dǎo)體的基本物理性質(zhì)超導(dǎo)體的基本物理性質(zhì)第三節(jié)第三節(jié) 傳統(tǒng)超導(dǎo)體的超導(dǎo)電性理論傳統(tǒng)超導(dǎo)體的超導(dǎo)電性理論 3.1 唯象理論唯象理論 3.2 傳統(tǒng)超導(dǎo)體的微觀機(jī)制傳統(tǒng)超導(dǎo)體的微觀機(jī)制第四節(jié)第四節(jié) 兩類超導(dǎo)體兩類

25、超導(dǎo)體第五節(jié)第五節(jié) 超導(dǎo)隧道效應(yīng)超導(dǎo)隧道效應(yīng)第六節(jié)第六節(jié) 超導(dǎo)材料的進(jìn)展及高超導(dǎo)材料的進(jìn)展及高Tc在追求在追求第七節(jié)第七節(jié) 幾種超導(dǎo)材料幾種超導(dǎo)材料3.2 傳統(tǒng)超導(dǎo)體的微觀機(jī)制 二流體模型、倫敦方程和金茲堡二流體模型、倫敦方程和金茲堡-朗道理論：朗道理論：可以解釋超導(dǎo)電性的宏觀性質(zhì)可以解釋超導(dǎo)電性的宏觀性質(zhì)無法給出超導(dǎo)電性的微觀圖像無法給出超導(dǎo)電性的微觀圖像20世紀(jì)世紀(jì)50年代初，同位素效應(yīng)、超導(dǎo)能隙年代初，同位素效應(yīng)、超導(dǎo)能隙等關(guān)鍵性的發(fā)現(xiàn)等關(guān)鍵性的發(fā)現(xiàn)4.1264.1434.1504.1564.1614.177Tc/K203.4202.4200.7200.6199.7198Hg原子量原子量

26、MHg同位素的臨界溫度同位素的臨界溫度1950年，年，E. Maxwell和和C. A. Raynold各自獨(dú)立地各自獨(dú)立地測量了測量了的的，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：A. 同位素效應(yīng)同位素效應(yīng)。對。對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理后得到原子質(zhì)量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理后得到原子質(zhì)量M和臨界溫度和臨界溫度Tc的簡單的簡單關(guān)系：關(guān)系： M Tc=常數(shù)常數(shù) （ ） 其中，其中， =0.50 0.03 這種這種就是就是同位素效應(yīng)。同位素效應(yīng)。MTc10.478Pb0.500Zn0.490Tl0.505Sn0.504Hg 元素元素幾種元素的幾種元素的 值值 原子質(zhì)量原子質(zhì)量：晶體的性質(zhì)晶體的性質(zhì) 臨界溫度臨界溫度Tc：電子性質(zhì)：電子性

27、質(zhì)把把聯(lián)系起來了。聯(lián)系起來了。 電子-聲子相互作用晶格振動晶格振動 聲子聲子電子與晶格相互作用電子與晶格相互作用 就是電子與聲子的相互就是電子與聲子的相互作用作用弗洛里西：弗洛里西：導(dǎo)電性良好的堿金屬和貴金屬都不是超導(dǎo)體，導(dǎo)電性良好的堿金屬和貴金屬都不是超導(dǎo)體，常溫下導(dǎo)電性能不好的材料，在低溫下卻有可能成為常溫下導(dǎo)電性能不好的材料，在低溫下卻有可能成為超導(dǎo)體超導(dǎo)體電子與晶格點(diǎn)陣相互作用，是高溫下引起電阻的原因，電子與晶格點(diǎn)陣相互作用，是高溫下引起電阻的原因，而在低溫下卻導(dǎo)致超導(dǎo)電性。而在低溫下卻導(dǎo)致超導(dǎo)電性。B. 超導(dǎo)能隙超導(dǎo)能隙當(dāng)金屬處于超導(dǎo)態(tài)時(shí)，超導(dǎo)態(tài)的電子能譜與正常金當(dāng)金屬處于超導(dǎo)態(tài)時(shí)，超導(dǎo)態(tài)的電子能譜與正常金屬不同屬不同在費(fèi)米能在費(fèi)米能EF附近出現(xiàn)了一個(gè)半寬度為附近出現(xiàn)了一個(gè)半寬