超導(dǎo)體的電磁特性培訓(xùn)資料

超導(dǎo)體的電磁特性

將超導(dǎo)體置于磁場(chǎng)仍保持超導(dǎo)態(tài)，或在磁場(chǎng)中由正常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)態(tài)，超導(dǎo)體都將把磁感應(yīng)線完全排斥到體外去,此現(xiàn)象稱邁斯納效應(yīng)或完全抗磁性。3.邁斯納效應(yīng)

磁場(chǎng)只能透入超導(dǎo)體表面約107m數(shù)量級(jí)深度。

完全抗磁性和零電阻性是超導(dǎo)體的兩種彼此獨(dú)立的基本性質(zhì)。

超導(dǎo)體的完全抗磁性來(lái)源于零電阻性是一種誤解。由零電阻性只能得到理想導(dǎo)體內(nèi)部B矢量不隨時(shí)間變化，若在磁場(chǎng)中降至臨界溫度以下變?yōu)槌瑢?dǎo)態(tài)，超導(dǎo)體內(nèi)只能保持失去電阻時(shí)的磁場(chǎng)狀態(tài)不變，而不可能得到內(nèi)部磁場(chǎng)為零的結(jié)果。

24.同位素效應(yīng)

這種特性稱同位素效應(yīng)。

同種材料同位素在化學(xué)性質(zhì)、晶體結(jié)構(gòu)、電子組態(tài)及靜電性質(zhì)等方面都相同，只是不同原子量對(duì)晶體點(diǎn)陣的熱振動(dòng)(晶格振動(dòng))的特性有影響。

超導(dǎo)體的同位素效應(yīng)暗示了電子與晶格之間的相互作用是超導(dǎo)現(xiàn)象中的重要因素，為超導(dǎo)電性的研究提供了重要啟示。

同種超導(dǎo)材料不同同位素的臨界溫度TC與原子量M有一定關(guān)系

3*二、對(duì)超導(dǎo)體主要電磁特性的解釋

二流體模型：正常電子和超導(dǎo)電子提供兩種電流

。1957年由巴丁、庫(kù)珀和史列菲在量子力學(xué)的基礎(chǔ)上提出的超導(dǎo)微觀理論——BCS理論。

解釋超導(dǎo)電子起因和本質(zhì)，兩個(gè)自旋相反的電子通過與晶格的相互作用而吸引在一起形成庫(kù)珀對(duì)，不受晶格的散射提供超導(dǎo)電性。臨界溫度TC由庫(kù)珀對(duì)的結(jié)合能

決定。

臨界溫度可以表示為

結(jié)合能

也稱為能隙，是量子理論的結(jié)果。

41986年高溫超導(dǎo)現(xiàn)象和材料的發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)了BCS理論無(wú)法解釋的事實(shí)。

新材料的能隙值與BCS理論值有較大差異，在Y-Ba-Cu-O系和Eu-Ba-Cu-O系材料中以代替，幾乎未觀察到同位素效應(yīng)等。

一般認(rèn)為BCS理論只適用于低溫超導(dǎo)現(xiàn)象，對(duì)于高溫超導(dǎo)現(xiàn)象，目前尚無(wú)成熟的理論。

5

按二流體模型并認(rèn)為超導(dǎo)電子就是庫(kù)珀對(duì)，利用電磁學(xué)規(guī)律解釋超導(dǎo)體的零電阻性和完全抗磁性。電場(chǎng)使超導(dǎo)電子產(chǎn)生加速度倫敦第一方程反映超導(dǎo)體零電阻性。對(duì)于恒定的超導(dǎo)電流

，jn

=0。交變的超導(dǎo)電流，,E0,jn

0,存在交流損耗。

正常電子遵從歐姆定律超導(dǎo)電流密度為6

倫敦第二方程，表明超導(dǎo)電流是與磁場(chǎng)相聯(lián)系的，或者說超導(dǎo)電流是由磁場(chǎng)來(lái)維持的。

可以得到

將倫敦第一方程代入電磁感應(yīng)定律的微分形式

得

改寫為

假定恒矢量為零，即得

7

認(rèn)為超導(dǎo)體=0。對(duì)等號(hào)兩邊同取旋度，再利用矢量分析公式和倫敦第二方程，得在恒定情況下超導(dǎo)體內(nèi)磁場(chǎng)分布所滿足的方程式。令

超導(dǎo)電流恒定時(shí)，超導(dǎo)體內(nèi)不存在電場(chǎng)，安培環(huán)路定理的微分形式寫為

8

上式表明磁場(chǎng)不能進(jìn)入超導(dǎo)體內(nèi)部，只能以指數(shù)衰減的形式透入超導(dǎo)體表面的薄層中。

該方程的解為

(z

0)寫成矢量式

(z

0)

于是

成為

如果超導(dǎo)體占據(jù)z>0的空間，作用于超導(dǎo)體外磁場(chǎng)的形式為

并且在z=0其中

是x方向的單位矢量。xBOB0z9

在z=處，磁場(chǎng)衰減為表面磁場(chǎng)的1/e=0.37。透入深度約為107m的數(shù)量級(jí)。定義透入深度為

超導(dǎo)體表面層中電流

外加磁場(chǎng)透入超導(dǎo)體表面層中感生了超導(dǎo)電流。此電流在超導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生的磁場(chǎng)正好將外磁場(chǎng)完全抵消，使內(nèi)部不存在磁場(chǎng)，超導(dǎo)體的完全抗磁性。

將