超導(dǎo)電性課件

第9章超導(dǎo)電性9.1超導(dǎo)電性的基本性質(zhì)9.2超導(dǎo)電性的基本理論9.3第Ι類超導(dǎo)體和第Π類超導(dǎo)體9.4超導(dǎo)隧道效應(yīng)9.5低溫超導(dǎo)體9.6高溫超導(dǎo)體第9章超導(dǎo)電性9.1超導(dǎo)電性的基本性質(zhì)超導(dǎo)電性是在1911年由荷蘭物理學(xué)家昂內(nèi)斯(HeikeKamerlinghOnnes)發(fā)現(xiàn)。

1911年昂內(nèi)斯在研究金屬電阻隨溫度變化規(guī)律時發(fā)現(xiàn)，當溫度降低時，汞（Hg）的電阻先是平穩(wěn)地減小，而在4.2K附近，電阻突然降為零。于是稱這種情況下發(fā)生的零電阻現(xiàn)象為物質(zhì)的超導(dǎo)電性。當然，具有超導(dǎo)電性的材料也就稱之為超導(dǎo)體。超導(dǎo)體開始失去電阻時的溫度稱為超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度(Tc)。超導(dǎo)電性是在1911年由荷蘭物理學(xué)家昂內(nèi)斯(HeikeKa9.1超導(dǎo)電性的基本性質(zhì)1.完全導(dǎo)電性對于溫度為T（T<Tc）的超導(dǎo)體，當外磁場超過某一數(shù)值Hc（T）的時候，超導(dǎo)電性就被破壞了，Hc（T）稱為臨界磁場。在臨界溫度下，臨界磁場為零。其大小Hc（T）隨溫度的變化一般可以近似的表示為拋物線關(guān)系超導(dǎo)電性有兩個最基本的特性：9.1超導(dǎo)電性的基本性質(zhì)1.完全導(dǎo)電性對于溫度為T（T<T9.1超導(dǎo)電性的基本性質(zhì)2.完全抗磁性對于超導(dǎo)體，當從正常態(tài)變到超導(dǎo)態(tài)后，原來穿過超導(dǎo)體的磁通被完全排出到超導(dǎo)體外，同時超導(dǎo)體外的磁通密度增加。由此可見，只要T<Tc，在超導(dǎo)體內(nèi)部總有磁感應(yīng)強大B=0，這種現(xiàn)象就叫做邁斯納效應(yīng)。9.1超導(dǎo)電性的基本性質(zhì)2.完全抗磁性對于超導(dǎo)體，當從正常9.2超導(dǎo)電性的基本理論9.2.1唯像理論1.二流體模型1934年，C.J.GorterandH.B.G.Casimir提出了超導(dǎo)電性的二流體模型:三個要點（見P219）9.2超導(dǎo)電性的基本理論9.2.1唯像理論9.2超導(dǎo)電性的基本理論2.倫敦方程倫敦兄弟于1935年提出的倫敦方程是第一個對超導(dǎo)體的電動力學(xué)作統(tǒng)一描述的理論。該理論不僅說明了超導(dǎo)體的各種電磁性質(zhì)，而且也解釋了前述的邁斯納效應(yīng)。該理論指出：在超導(dǎo)態(tài)，處于外磁場中的超導(dǎo)體內(nèi)并不是完全沒有磁場，實際上外磁場可以穿透到超導(dǎo)體表面附近很薄的一層中，其穿透深度約為十萬分之一厘米。9.2超導(dǎo)電性的基本理論2.倫敦方程9.2超導(dǎo)電性的基本理論3.金茲堡-朗道理論1950年，金茲堡和朗道將朗道的二級相變理論應(yīng)用于超導(dǎo)體，對于一個恒定磁場中的超導(dǎo)體行為給予了更為適當?shù)拿枋?，建立了金茲?朗道理論。該理論也能預(yù)言邁斯納效應(yīng)，并且可以反映超導(dǎo)體宏觀量子效應(yīng)的一系列特征。9.2超導(dǎo)電性的基本理論3.金茲堡-朗道理論9.2.2超導(dǎo)體的微觀機制20世紀50年代初同位素效應(yīng)、超導(dǎo)能隙等關(guān)鍵性的發(fā)現(xiàn)為揭開超導(dǎo)電性之謎奠定了基礎(chǔ)。我們重點介紹BCS理論從微觀機制上去理解超導(dǎo)電性是在1957年由約翰·巴丁、里昂·庫珀和羅伯特·施里弗提出BCS理論。該理論模型基于量子力學(xué)理論，其主要觀點是：在超導(dǎo)體內(nèi)部，由于電子和點陣之間的相互作用，在電子與電子之間產(chǎn)生了吸引力，這種吸引力使傳導(dǎo)電子兩兩結(jié)成電子對，組成每個電子對的兩個電子動量相等、自旋方向相反，這種電子對稱為庫珀電子對或超導(dǎo)電子。9.2.2超導(dǎo)體的微觀機制20世紀50年代初同位素效應(yīng)、9.2.2超導(dǎo)體的微觀機制BCS理論庫珀電子對的能量低于兩個正常電子的能量之和，因而超導(dǎo)態(tài)的能量低于正常態(tài)。在絕對零度時，全部電子都結(jié)成庫珀電子對，都是超導(dǎo)電子，隨著溫度的升高，晶格振動能量不斷增大，庫珀電子對就不斷地被拆散并轉(zhuǎn)變?yōu)檎ｋ娮樱跍囟冗_到臨界溫度以上時，庫珀電子就全部被拆散，所有電子都是正常電子。9.2.2超導(dǎo)體的微觀機制BCS理論9.2.2超導(dǎo)體的微觀機制我們知道，金屬是由晶格點陣和自由電子組成的。BCS理論認為，在超導(dǎo)態(tài)情況下，有一部分正常電子會兩兩“凝聚”成一個電量為2e的庫珀電子對。在庫珀電子對中，兩個電子的自旋方向相反，動量大小相等方向相反，他們通過交換聲子吸引在一起，總動量等于常量。當庫珀電子對與晶格相互作用時，雖然兩電子的動量可以被彼長此消，但是它們的總動量始終保持不變。因此庫珀電子對幾乎不受晶格的散射作用，宏觀上便表現(xiàn)為直流電阻為零。晶體局部區(qū)域的畸變晶體點陣正常位置晶體點陣畸變位置9.39.2.2超導(dǎo)體的微觀機制我們知道，金屬是由晶格點陣和自9.3.1兩類超導(dǎo)體9.3第Ι類超導(dǎo)體和第Π類超導(dǎo)體9.3.1兩類超導(dǎo)體9.3第Ι類超導(dǎo)體和第Π9.3.1兩類超導(dǎo)體9.3第Ι類超導(dǎo)體和第Π類超導(dǎo)體9.3.1兩類超導(dǎo)體9.3第Ι類超導(dǎo)體和第Π9.3第Ι類超導(dǎo)體和第Π類超導(dǎo)體9.3.1兩類超導(dǎo)體第一類超導(dǎo)體主要是幾種金屬和非金屬元素，他們在常溫下都有一定的導(dǎo)電性。但是，如果要使他們產(chǎn)生超導(dǎo)現(xiàn)象，必須將其降至極低的溫度。對于這類超導(dǎo)物產(chǎn)生超導(dǎo)現(xiàn)象的原因，BSC理論可以作出非常好的解釋。有趣的是，在常溫下導(dǎo)電性能最好的三種金屬——銅、銀、金卻不是超導(dǎo)元素。左圖：綠色的即為第一類超導(dǎo)體（超導(dǎo)元素）9.3第Ι類超導(dǎo)體和第Π類超導(dǎo)體9.3.1兩9.3.1兩類超導(dǎo)體第二類超導(dǎo)體除了釩、锝、鈮，第二類超導(dǎo)體全部是金屬化合物或合金。他們的臨界溫度溫度比第一類超導(dǎo)體高得多，但他們發(fā)生超導(dǎo)的原因到現(xiàn)在仍然無法完全解釋。在1985年銅氧化物超導(dǎo)物——即為第二類超導(dǎo)物——的最高臨界溫度為23K。目前已發(fā)現(xiàn)上千種第二類超導(dǎo)物。右圖：YBCO陶瓷超導(dǎo)物，臨界溫度為92K，圖為其晶胞。9.3第Ι類超導(dǎo)體和第Π類超導(dǎo)體9.3.1兩類超導(dǎo)體第二類超導(dǎo)體9.3第Ι類超導(dǎo)體和第Π9.3第Ι類超導(dǎo)體和第Π類超導(dǎo)體9.3.2混合態(tài)1957年，阿布里科索夫提出了混合態(tài)結(jié)構(gòu)的物理模型。當超導(dǎo)體處于混合態(tài)時，在正常區(qū)中的磁通量是量子化的，其單位為磁通量子。在正常區(qū)的能量正比與 因此一個磁通量為的多量子磁通線束分裂成n個單量子磁通線后，在能量上是有利的。BJJ矢徑距離2ζ2λ正常態(tài)芯電流密度等值線圖：孤立的量子磁通線結(jié)構(gòu)9.3第Ι類超導(dǎo)體和第Π類超導(dǎo)體9.3.2混合態(tài)BJ9.3第Ι類超導(dǎo)體和第Π類超導(dǎo)體9.3.3界面能超導(dǎo)體分為第Ι類超導(dǎo)體和第Π類超導(dǎo)體的關(guān)鍵是超導(dǎo)態(tài)和正常態(tài)界面能的起源來自界面上的凝聚能與磁能的競爭。由金茲堡-朗道理論可以得到：

利用金茲堡-朗道方程可以得到：9.3第Ι類超導(dǎo)體和第Π類超導(dǎo)體9.3.3界面能9.4超導(dǎo)隧道效應(yīng)9.4.1直流約瑟夫森效應(yīng)1962年英國物理學(xué)家約瑟夫森在研究超導(dǎo)電性的量子特性時提出了量子隧道效應(yīng)理論，也就是今天人們所說的約瑟夫森效應(yīng)。該理論認為：電子對能夠以隧道效應(yīng)穿過絕緣層，在勢壘兩邊電壓為零的情況下，將產(chǎn)生直流超導(dǎo)電流，而在勢壘兩邊有一定電壓時，還會產(chǎn)生特定頻率的交流超導(dǎo)電流。在該理論的基礎(chǔ)上誕生了一門新的學(xué)科--超導(dǎo)電子學(xué)。9.4超導(dǎo)隧道效應(yīng)9.4.1直流約瑟夫森效應(yīng)9.4超導(dǎo)隧道效應(yīng)當直流電流通過超導(dǎo)隧道結(jié)時，只要電流值低于某一臨界電流Ic，則與一塊超導(dǎo)體相似，結(jié)上不存在任何電壓，即流過結(jié)的是超導(dǎo)電流。但一旦超過臨界電流值，結(jié)上即出現(xiàn)一個有限的電壓，結(jié)的性狀過渡到正常電子的隧道特性。下圖Sn-SnOx-Sn結(jié)構(gòu)的電流和電壓關(guān)系給出了典型的I-V特性曲線9.4超導(dǎo)隧道效應(yīng)當直流電流通過超導(dǎo)隧道結(jié)時，只要電流值9.4超導(dǎo)隧道效應(yīng)9.4.2交流約瑟夫森效應(yīng)如果在超導(dǎo)結(jié)的結(jié)區(qū)兩端加上一直流電壓V（當然，這時電流大于臨界電流）,在結(jié)區(qū)就出現(xiàn)高頻的超導(dǎo)正弦波電流，其頻率與所施加的直流電壓成正比，有如下關(guān)系式比例常數(shù)2e/h=483.6×106Hz/μV。這時，結(jié)區(qū)以同樣的頻率（若所加電壓是幾微伏，則在微波區(qū)域；若為幾毫伏，則在遠紅外波段）向外輻射電磁波。超導(dǎo)隧道結(jié)這種能在直流電壓作用下，產(chǎn)生超導(dǎo)交流電流，從而能輻射電磁波的特性，稱為交流約瑟夫森效應(yīng)。

9.4超導(dǎo)隧道效應(yīng)9.4.2交流約瑟夫森效應(yīng)比例常數(shù)29.4超導(dǎo)隧道效應(yīng)如果在超導(dǎo)隧道結(jié)上加上一個外磁場，在結(jié)平面上的超導(dǎo)態(tài)波函數(shù)的相位便會受到磁場的空間調(diào)制。右圖為Sn-I-Sn結(jié)的極大超導(dǎo)電流作為磁場的函數(shù)9.4.3磁場對超導(dǎo)相位的調(diào)制作用9.4超導(dǎo)隧道效應(yīng)如果在超導(dǎo)隧道結(jié)上加上一個外磁場，在結(jié)9.4超導(dǎo)隧道效應(yīng)9.4.4超導(dǎo)量子干涉ΦaΦb如果把兩個超導(dǎo)隧道結(jié)并聯(lián)成一個回路。如右圖，在每一條支路上有一個弱連接，分別記作a和b。a和b是兩個點接觸弱連結(jié)，回路的其余部分是超導(dǎo)體。通過這一并聯(lián)雙結(jié)回路的最大超導(dǎo)電流I是回路所包括的磁通量φ的周期函數(shù)。超導(dǎo)量子干涉儀稱作SQUID。9.4超導(dǎo)隧道效應(yīng)9.4.4超導(dǎo)量子干涉ΦaΦb如果把9.5低溫超導(dǎo)體大多數(shù)元素、合金和化合物超導(dǎo)體的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度較低<30K，其超導(dǎo)機理基本上能在BCS理論的框架內(nèi)進行解釋，因而通常又被稱為低溫超導(dǎo)體或傳統(tǒng)超導(dǎo)體。9.5低溫超導(dǎo)體大多數(shù)元素、合金和化合物超導(dǎo)體的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變9.6高溫超導(dǎo)體在很長一段時間內(nèi)，科學(xué)家無時無刻不在千方百計地企圖提高它的溫度。他們從純金屬找到合金，從無機材料找到有機材料……。在昂納斯發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象后的第75個年頭，即1986年，在美國國際商用機器公司設(shè)在瑞士蘇黎世實驗室中工作的科學(xué)家柏諾茲和繆勒，首先發(fā)現(xiàn)鋇鑭銅氧化物是高溫超導(dǎo)體，將超導(dǎo)溫度提高到30K（約-243℃）；緊接著，日本東京大學(xué)工學(xué)部又將超導(dǎo)溫度提高到37K。1987年初日本川崎國立分子研究所將超導(dǎo)溫度提高到43K；不久日本綜合電子研究所又將超導(dǎo)溫度提高到46K和53K。中國科學(xué)院物理研究所由趙忠賢、陳立泉領(lǐng)導(dǎo)的研究組，獲得了48．6K的鍶鑭銅氧系超導(dǎo)體，并看到這類物質(zhì)有在70K發(fā)生轉(zhuǎn)變的跡象。高溫氧化超導(dǎo)材料的發(fā)現(xiàn)與超導(dǎo)機制的研究

9.6高溫超導(dǎo)體在很長一段時間內(nèi)，科學(xué)家無時無刻不在千方百9.6高溫超導(dǎo)體電子間動力學(xué)關(guān)聯(lián)強的超導(dǎo)體。巴丁、庫珀和施里弗的BCS理論,盡管能相當好地解釋超導(dǎo)體的各種特性，但是也存在可以覺察到的理論計算和實驗測量結(jié)果之間的差異。這種差異在某些超導(dǎo)體特別顯著，其中有代表性的是鉛和汞這兩個元素。右圖是臨界場與溫度關(guān)系是臨界磁場與溫度的關(guān)系。由圖可見，鉛和汞的臨界場與拋物線公式(見超導(dǎo)電性)間的偏差,和BCS理論所給出的正好相反。其次,比值2Δ(0)/kT，BCS理論值是3.53,而鉛的實驗值是4.38，汞的實驗值是4.6。理論和實驗的差異是明顯的。強耦合超導(dǎo)體（strong-conplingsuperconductor）9.6高溫超導(dǎo)體電子間動力學(xué)關(guān)聯(lián)強的超導(dǎo)體。巴丁、庫珀和施9.6高溫超導(dǎo)體電子比熱系數(shù)γ＞400mJ/mol·K2的物質(zhì)，常被稱為重費密子系統(tǒng)。它比一般材料的γ值高出1～2個數(shù)量級。因為γ值與費密能級的態(tài)密度成正比，而后者又與電子的有效質(zhì)量成正比，γ值越大意味著電子的有效質(zhì)量越高，故稱為重費密子系統(tǒng)。1975年，安德魯斯（K.Andres）等人發(fā)現(xiàn)，化合物CeAl3低溫下的電子比熱反常現(xiàn)象，電子比熱系統(tǒng)γ值達到1620mJ/mol·K2。1984年，美國洛斯阿拉莫斯的特瓦特小組又發(fā)現(xiàn)了第三個重費密子超導(dǎo)體Upt3，Tc～0.5K。以后又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了重費密子超導(dǎo)體NpBe13、U2Zn17、Ucd11以及CeCu6等。在1986年以后，重費密子超導(dǎo)電性的研究一度被高溫新超導(dǎo)材料的浪潮所淹沒。近年來，這一領(lǐng)域又陸續(xù)出現(xiàn)了一些十分引人關(guān)注的新現(xiàn)象。重費密子體系及其超導(dǎo)電性研究

9.6高溫超導(dǎo)體電子比熱系數(shù)γ＞400mJ/mol·K2的第9章超導(dǎo)電性9.1超導(dǎo)電性的基本性質(zhì)9.2超導(dǎo)電性的基本理論9.3第Ι類超導(dǎo)體和第Π類超導(dǎo)體9.4超導(dǎo)隧道效應(yīng)9.5低溫超導(dǎo)體9.6高溫超導(dǎo)體第9章超導(dǎo)電性9.1超導(dǎo)電性的基本性質(zhì)超導(dǎo)電性是在1911年由荷蘭物理學(xué)家昂內(nèi)斯(HeikeKamerlinghOnnes)發(fā)現(xiàn)。

1911年昂內(nèi)斯在研究金屬電阻隨溫度變化規(guī)律時發(fā)現(xiàn)，當溫度降低時，汞（Hg）的電阻先是平穩(wěn)地減小，而在4.2K附近，電阻突然降為零。于是稱這種情況下發(fā)生的零電阻現(xiàn)象為物質(zhì)的超導(dǎo)電性。當然，具有超導(dǎo)電性的材料也就稱之為超導(dǎo)體。超導(dǎo)體開始失去電阻時的溫度稱為超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度(Tc)。超導(dǎo)電性是在1911年由荷蘭物理學(xué)家昂內(nèi)斯(HeikeKa9.1超導(dǎo)電性的基本性質(zhì)1.完全導(dǎo)電性對于溫度為T（T<Tc）的超導(dǎo)體，當外磁場超過某一數(shù)值Hc（T）的時候，超導(dǎo)電性就被破壞了，Hc（T）稱為臨界磁場。在臨界溫度下，臨界磁場為零。其大小Hc（T）隨溫度的變化一般可以近似的表示為拋物線關(guān)系超導(dǎo)電性有兩個最基本的特性：9.1超導(dǎo)電性的基本性質(zhì)1.完全導(dǎo)電性對于溫度為T（T<T9.1超導(dǎo)電性的基本性質(zhì)2.完全抗磁性對于超導(dǎo)體，當從正常態(tài)變到超導(dǎo)態(tài)后，原來穿過超導(dǎo)體的磁通被完全排出到超導(dǎo)體外，同時超導(dǎo)體外的磁通密度增加。由此可見，只要T<Tc，在超導(dǎo)體內(nèi)部總有磁感應(yīng)強大B=0，這種現(xiàn)象就叫做邁斯納效應(yīng)。9.1超導(dǎo)電性的基本性質(zhì)2.完全抗磁性對于超導(dǎo)體，當從正常9.2超導(dǎo)電性的基本理論9.2.1唯像理論1.二流體模型1934年，C.J.GorterandH.B.G.Casimir提出了超導(dǎo)電性的二流體模型:三個要點（見P219）9.2超導(dǎo)電性的基本理論9.2.1唯像理論9.2超導(dǎo)電性的基本理論2.倫敦方程倫敦兄弟于1935年提出的倫敦方程是第一個對超導(dǎo)體的電動力學(xué)作統(tǒng)一描述的理論。該理論不僅說明了超導(dǎo)體的各種電磁性質(zhì)，而且也解釋了前述的邁斯納效應(yīng)。該理論指出：在超導(dǎo)態(tài)，處于外磁場中的超導(dǎo)體內(nèi)并不是完全沒有磁場，實際上外磁場可以穿透到超導(dǎo)體表面附近很薄的一層中，其穿透深度約為十萬分之一厘米。9.2超導(dǎo)電性的基本理論2.倫敦方程9.2超導(dǎo)電性的基本理論3.金茲堡-朗道理論1950年，金茲堡和朗道將朗道的二級相變理論應(yīng)用于超導(dǎo)體，對于一個恒定磁場中的超導(dǎo)體行為給予了更為適當?shù)拿枋觯⒘私鹌澅?朗道理論。該理論也能預(yù)言邁斯納效應(yīng)，并且可以反映超導(dǎo)體宏觀量子效應(yīng)的一系列特征。9.2超導(dǎo)電性的基本理論3.金茲堡-朗道理論9.2.2超導(dǎo)體的微觀機制20世紀50年代初同位素效應(yīng)、超導(dǎo)能隙等關(guān)鍵性的發(fā)現(xiàn)為揭開超導(dǎo)電性之謎奠定了基礎(chǔ)。我們重點介紹BCS理論從微觀機制上去理解超導(dǎo)電性是在1957年由約翰·巴丁、里昂·庫珀和羅伯特·施里弗提出BCS理論。該理論模型基于量子力學(xué)理論，其主要觀點是：在超導(dǎo)體內(nèi)部，由于電子和點陣之間的相互作用，在電子與電子之間產(chǎn)生了吸引力，這種吸引力使傳導(dǎo)電子兩兩結(jié)成電子對，組成每個電子對的兩個電子動量相等、自旋方向相反，這種電子對稱為庫珀電子對或超導(dǎo)電子。9.2.2超導(dǎo)體的微觀機制20世紀50年代初同位素效應(yīng)、9.2.2超導(dǎo)體的微觀機制BCS理論庫珀電子對的能量低于兩個正常電子的能量之和，因而超導(dǎo)態(tài)的能量低于正常態(tài)。在絕對零度時，全部電子都結(jié)成庫珀電子對，都是超導(dǎo)電子，隨著溫度的升高，晶格振動能量不斷增大，庫珀電子對就不斷地被拆散并轉(zhuǎn)變?yōu)檎ｋ娮?，在溫度達到臨界溫度以上時，庫珀電子就全部被拆散，所有電子都是正常電子。9.2.2超導(dǎo)體的微觀機制BCS理論9.2.2超導(dǎo)體的微觀機制我們知道，金屬是由晶格點陣和自由電子組成的。BCS理論認為，在超導(dǎo)態(tài)情況下，有一部分正常電子會兩兩“凝聚”成一個電量為2e的庫珀電子對。在庫珀電子對中，兩個電子的自旋方向相反，動量大小相等方向相反，他們通過交換聲子吸引在一起，總動量等于常量。當庫珀電子對與晶格相互作用時，雖然兩電子的動量可以被彼長此消，但是它們的總動量始終保持不變。因此庫珀電子對幾乎不受晶格的散射作用，宏觀上便表現(xiàn)為直流電阻為零。晶體局部區(qū)域的畸變晶體點陣正常位置晶體點陣畸變位置9.39.2.2超導(dǎo)體的微觀機制我們知道，金屬是由晶格點陣和自9.3.1兩類超導(dǎo)體9.3第Ι類超導(dǎo)體和第Π類超導(dǎo)體9.3.1兩類超導(dǎo)體9.3第Ι類超導(dǎo)體和第Π9.3.1兩類超導(dǎo)體9.3第Ι類超導(dǎo)體和第Π類超導(dǎo)體9.3.1兩類超導(dǎo)體9.3第Ι類超導(dǎo)體和第Π9.3第Ι類超導(dǎo)體和第Π類超導(dǎo)體9.3.1兩類超導(dǎo)體第一類超導(dǎo)體主要是幾種金屬和非金屬元素，他們在常溫下都有一定的導(dǎo)電性。但是，如果要使他們產(chǎn)生超導(dǎo)現(xiàn)象，必須將其降至極低的溫度。對于這類超導(dǎo)物產(chǎn)生超導(dǎo)現(xiàn)象的原因，BSC理論可以作出非常好的解釋。有趣的是，在常溫下導(dǎo)電性能最好的三種金屬——銅、銀、金卻不是超導(dǎo)元素。左圖：綠色的即為第一類超導(dǎo)體（超導(dǎo)元素）9.3第Ι類超導(dǎo)體和第Π類超導(dǎo)體9.3.1兩9.3.1兩類超導(dǎo)體第二類超導(dǎo)體除了釩、锝、鈮，第二類超導(dǎo)體全部是金屬化合物或合金。他們的臨界溫度溫度比第一類超導(dǎo)體高得多，但他們發(fā)生超導(dǎo)的原因到現(xiàn)在仍然無法完全解釋。在1985年銅氧化物超導(dǎo)物——即為第二類超導(dǎo)物——的最高臨界溫度為23K。目前已發(fā)現(xiàn)上千種第二類超導(dǎo)物。右圖：YBCO陶瓷超導(dǎo)物，臨界溫度為92K，圖為其晶胞。9.3第Ι類超導(dǎo)體和第Π類超導(dǎo)體9.3.1兩類超導(dǎo)體第二類超導(dǎo)體9.3第Ι類超導(dǎo)體和第Π9.3第Ι類超導(dǎo)體和第Π類超導(dǎo)體9.3.2混合態(tài)1957年，阿布里科索夫提出了混合態(tài)結(jié)構(gòu)的物理模型。當超導(dǎo)體處于混合態(tài)時，在正常區(qū)中的磁通量是量子化的，其單位為磁通量子。在正常區(qū)的能量正比與 因此一個磁通量為的多量子磁通線束分裂成n個單量子磁通線后，在能量上是有利的。BJJ矢徑距離2ζ2λ正常態(tài)芯電流密度等值線圖：孤立的量子磁通線結(jié)構(gòu)9.3第Ι類超導(dǎo)體和第Π類超導(dǎo)體9.3.2混合態(tài)BJ9.3第Ι類超導(dǎo)體和第Π類超導(dǎo)體9.3.3界面能超導(dǎo)體分為第Ι類超導(dǎo)體和第Π類超導(dǎo)體的關(guān)鍵是超導(dǎo)態(tài)和正常態(tài)界面能的起源來自界面上的凝聚能與磁能的競爭。由金茲堡-朗道理論可以得到：

利用金茲堡-朗道方程可以得到：9.3第Ι類超導(dǎo)體和第Π類超導(dǎo)體9.3.3界面能9.4超導(dǎo)隧道效應(yīng)9.4.1直流約瑟夫森效應(yīng)1962年英國物理學(xué)家約瑟夫森在研究超導(dǎo)電性的量子特性時提出了量子隧道效應(yīng)理論，也就是今天人們所說的約瑟夫森效應(yīng)。該理論認為：電子對能夠以隧道效應(yīng)穿過絕緣層，在勢壘兩邊電壓為零的情況下，將產(chǎn)生直流超導(dǎo)電流，而在勢壘兩邊有一定電壓時，還會產(chǎn)生特定頻率的交流超導(dǎo)電流。在該理論的基礎(chǔ)上誕生了一門新的學(xué)科--超導(dǎo)電子學(xué)。9.4超導(dǎo)隧道效應(yīng)9.4.1直流約瑟夫森效應(yīng)9.4超導(dǎo)隧道效應(yīng)當直流電流通過超導(dǎo)隧道結(jié)時，只要電流值低于某一臨界電流Ic，則與一塊超導(dǎo)體相似，結(jié)上不存在任何電壓，即流過結(jié)的是超導(dǎo)電流。但一旦超過臨界電流值，結(jié)上即出現(xiàn)一個有限的電壓，結(jié)的性狀過渡到正常電子的隧道特性。下圖Sn-SnOx-Sn結(jié)構(gòu)的電流和電壓關(guān)系給出了典型的I-V特性曲線9.4超導(dǎo)隧道效應(yīng)當直流電流通過超導(dǎo)隧道結(jié)時，只要電流值9.4超導(dǎo)隧道效應(yīng)9.4.2交流約瑟夫森效應(yīng)如果在超導(dǎo)結(jié)的結(jié)區(qū)兩端加上一直流電壓V（當然，這時電流大于臨界電流）,在結(jié)區(qū)就出現(xiàn)高頻的超導(dǎo)正弦波電流，其頻率與所施加的直流電壓成正比，有如下關(guān)系式比例常數(shù)2e/h=483.6×106Hz/μV。這時，結(jié)區(qū)以同樣的頻率（若所加電壓是幾微伏，則在微波區(qū)域；若為幾毫伏，則在遠紅外波段）向外輻射電磁波。超導(dǎo)隧道結(jié)這種能在直流電壓作用下，產(chǎn)生超導(dǎo)交流電流，從而能輻射電磁波的特性，稱為交流約瑟夫森效應(yīng)。

9.4超導(dǎo)隧道效應(yīng)9.4.2交流約瑟夫森效應(yīng)比例常數(shù)29.4超導(dǎo)隧道效應(yīng)如果在超導(dǎo)隧道結(jié)上加上一個外磁場，在結(jié)平面上的超導(dǎo)態(tài)波函數(shù)的相位便會受到磁場的空間調(diào)制。右圖為Sn-I-Sn結(jié)的極大超導(dǎo)電流作為磁場的函數(shù)9.4.3磁場對超導(dǎo)相位的調(diào)制作用9.4超導(dǎo)隧道效應(yīng)如果在超導(dǎo)隧道結(jié)上加上一個外磁場，在結(jié)9.4超導(dǎo)隧道效應(yīng)9.4.4超導(dǎo)量子干涉ΦaΦb如果把兩個超導(dǎo)隧道結(jié)并聯(lián)成一個回路。如右圖，在每一條支路上有一個弱連接，分別記作a和b。a和b是兩個點接觸弱連結(jié)，回路的其余部分是超導(dǎo)體。通過這一并聯(lián)雙結(jié)回路的最大超導(dǎo)電流I是回路所包括的磁通量φ的周期函數(shù)。超導(dǎo)量子干涉儀稱作SQUID。9.4超導(dǎo)隧道效應(yīng)9.4.4超導(dǎo)量子干涉ΦaΦb如果把9.5低溫超導(dǎo)體大多數(shù)元素、合金和化合物超導(dǎo)體的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度較低<30K，其超導(dǎo)機理基本上能在BCS理論的框架內(nèi)進行解釋，因而通常又被稱為低溫超導(dǎo)體或傳統(tǒng)超導(dǎo)體。9.5低溫超導(dǎo)體大多數(shù)元素、合金和化合物超導(dǎo)體的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變9.6高溫超導(dǎo)體在很長一段時間內(nèi)，科學(xué)家無時無刻不在千方百計地企圖提高它的溫度。他們從純金屬找到合金，從無機材料找到有機材料……。在昂納斯發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象后的第75個年頭，即1986年，在美國國際