凝聚态物理导论

凝聚态物理导论文献阅读李庆

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超导历史简介

超导材料的分类和应用

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超导历史简介

荷兰物理学家 Onnes 在 1911 年发现了一个 非同寻常的现象： Hg 在 4.2 K附近的电阻 突然跳跃式下降到仪器 测不到的最小值。

超导历史简介 在1933年，Meissner和 Ochsenfeld发现了超导体 的另一种性质：迈斯纳效应。 迈斯纳效应是指： 不管加磁场的次序如何超导体 内磁场感应强度总是等于零。 它与加磁场的历史无关。Meissner

超导历史简介1957 年，巴丁(J. Bardeen)、库珀(L. V. Cooper)和 施里弗(J. R. Schrieffer)从大量的实验中发现了影响超导电性 的物理规律，并建立了著名的 BCS 理论。他们认为：电子在晶格中 移动时会吸引邻近格点上的正 电荷导致格点的局部畸变，形 成一个局域的高的正电荷区域。 这个局域的高的正电荷区 域会吸引自旋相反的电子，和 原来的电子以一定的结合能相 结合形成所谓的“copper”对。 在很低的温度下，这个结合能可能高于晶格原子振动的能量。 这样，“copper”对将不会和晶格发生能量交换，也就没有电阻， 形成所谓“超导”。 在很长一段时间内，BCS 理论成功推出了大多数超导体的许多性质。

超导历史简介 在 1985 年之前，人们发现的最高的超导转变温度的超 导体为 Nb3Ge,它的超导转变温度为 23K。 1986 年，超导转变温度大于 23K 的 LaBaCuO 体系被 发现，它的超导转变温度为 35K。 在 1987 年，高于液氮温度(77K)的超导体 YBa2Cu3O7 被发现了，且它的超导转变温度为93K这之后，大量的 铜氧化物超导体被发现 2008 年，铁基材料在 O 位掺杂 F 发现其具有超导电性。 这一现象的出现又一次引发了世界范围内有关研究超导体 的热潮。

超导材料的分类和应 用 从材料来分类，可分为三大类，即元素超导体、合金或 化合物超导体、氧化物超导体(超导陶瓷)。 从超导态时磁通量的穿透情况来看，超导体大致可以分 为第 I 类超导体和第 II 类超导体。 人们在探索超导理论的同时，对超导材料的探索也很跃， 超导材料可以分为常规超导体和非常规超导体两类。 从临界转变温度可分为：低温超导材料和高温超导材料 两类。

超导材料的分类和应 用由于超导转变温度，临界电流密度等原因，工业上一般采用高温超导体。而实现超导材料的应用应该 具备下列几个条件：一，尽可能高的临界条件 二，可以加工成带材，线 材或薄膜(可塑性好) 三，成本尽可能低

而从当前的研究领域来看，超导体的应用主要分为强电应用 和弱电应用两部分。

超导材料的分类和应 用强电方面的应用主要

包括以下几个方面：一，超导储能与输电 二，超导故障电流限制器 三，高温超导电机 四，高温超导变压器 五，超导悬浮列车

约瑟夫森

弱电领域的应用主要根据超导体的 Josephson效应。主要产品有超导计算机、超导量子干涉仪(SQUID) 超导微波器件、超导天线、高温超导滤波器件 电子对通过两块超导金属间 无损检测等。的薄绝缘层(厚度约为10埃) 时发生的量子力学隧道效应。

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材料的原子平均价电子数和其超导电性之间的经验关系贝尔电话实验室 新泽西州的默里希尔

科学家研究了超导转变温度和其平均原子价电子数之间的关系， 发现超导发生的最佳条件是平均原子价电子数在5和7的时候。

相关文献阅读文献背景：作者在之前的一篇文章中讨论了超导转变温度和其原子核外电子排布的关系发现平均原子价电 子数(R)稍小于5时，超导转变温度趋向于达到最大 值。但是最近发现过渡金属及其化合物还有锝(Tc) 却有更高的R值。

文献目的：解释这种异常现象，使得理论可以包含解释最近发现的化合物、合金和金属。

相关文献阅读科学家首先发现元素锝有接近11K的超导 转变温度，然后意识到R值稍小于5时超导 转变值最大是不合理的。因为Tc的R值为7

作者又发现元素超导性 在第六列上有一个对称的关 系。如下图：

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作者列举出了几个例证来说明其经验公式的正确性

例1 以元素铑(Rh)在元素锆(Zr)中掺溶的问题来说 明Rh-Zr合金的最大超导转变温度发生在R值略小于5的时 候。

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相关文献阅读结论：作者认为1.超导电性和和原子核外价电子数是有关系的，但是其中 的理论机理还无法解释。 2.作者认为更多的核外价电子数是有利于超导性的发生的。 但是为什么R=6时这一结论会出现反常呢？作者认为可能 与其相比于同元素低的顺磁磁化率和电子比热有关。

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