高Tc超导体制备及电阻－温度特性测量.ppt

1908年，荷兰物理学家H.K.Onnes使最后一个气体——氦气液化取得成功，这一成功使得超导体发现成为可能，超导研究才得以实现。这是超导体发展的第一个里程碑。1911年，H.K.Onnes在莱登大学测量纯汞的低温电阻特性时发现纯汞电阻在约4.2Ｋ时急剧下降到零，进入了一种新的状态，这种新的状态就被称为超导态。他的发现拉开了超导研究的序幕，从此开始了世界范围的超导电性的理论和应用研究。
1933年，Meissiner和Ochsenfeld发现：“处于超导态的金属决不允许磁通密度存在于它的体内”。即超导体具有完全抗磁性。后来被称为Meissiner效应。至此，确定了超导体的两大独立特征：零电阻现象和Meissiner效应。但由于金属间化合物在低温下性能不好，使人们一直无法把超导应用到实际当中去。至此，超导转变温度Tc的提高出现了停滞状态。
但在此期间超导理论发展却极为迅猛，Meissiner效应、二流体模型、伦敦兄弟方程、同位素效应、和约瑟夫效应等都是在此阶段提出的。这些理论对低温超导进行了非常好的解释。由于超导转变温度没有新的突破，高温超导作为梦想虽早被提过，但一直无法实现。直到1986年发现了较高的LaBaCuO系氧化物超导材料。以此契机超导材料的Tc终于进入了液氮温区，人们终于实现了获得液氮温区超导体的多年梦想。
超导材料的应用范围极其广泛。在强磁中的应用基于它的零电阻效应，可以在庞大的立体空间产生很高的强磁场，不消耗或只消耗极少的电力。而基于Josephson效应所制成的器件，对磁场或电磁辐射有极高的灵敏度，是超导技术的弱磁应用。在强电方面的应用主要有超导储能、超导抗磁体、超导电磁轨道、超导单极电机、超导加速器、高精度磁悬浮陀螺等等。高Tc超导材料在弱电方面的应用可能要优于强电，在弱电方面应用的基础是超导薄膜，超导结的约瑟夫效应及制备各种超导电子器件，

由于它的高速度、低损耗、宽频带、低噪声、甚小功耗、长寿命等突出特点，是半导体器件望尘莫及的。因此，在军事、导航通迅、地质、生物医学以及基础研究等方面有着极为诱人和重要的应用前景。
一、实验目的二、实验原理超导体在一定温度下，由正常的有阻状态(常导态急剧地转为零电阻状态(超导态）
(1)临界温度Tc理论上，超导临界温度的定义为：当电流、磁场及其它外部条件(如应力、辐照等)保持为零或不影响转变温度测量的足够低时，超导体呈现超导态的最高温度．实验上，可以根据测得R(或)－t曲线，将远离电阻发生急剧变化高温端的数值拟合直线A，将电阻急剧变化部分的数据拟合成直线B，直线A与直线B的交点所对应的电阻为Rn（称为正常态电阻），取Ｒc＝(1/2)Rn所对应的温度就为Tc
(2)零电阻温度Tc0是指超导体保持直流电阻R＝0(或电阻率=0）时的最高温度(3)转变宽度ΔTc超导体由正常态向超导态过渡的温度间隔．实验上常取10％～90％Rn对应的温度区域宽度为转变宽度．ΔTc的大小一般反映了材料品质的好坏，均匀单相的样品ΔTc较窄，反之较宽．零电阻和迈斯纳效应是超导电性的两个基本特性．这两个基本特性既相互独立又相互联系，因为单纯的零电阻现象不能保证迈斯纳效应的存在，但它又是迈斯纳效应存在的必要条件．临界温度Tc、临电流密度Jc和临界磁场Hc是超导体的三个临界参数，这三个参数与物质的内部微观结构有关．在实验中要注意，要使超导体处于超导态，必须将其置于这三个临界值以下；只要其中任何一个条件被破坏，超导态都会被破坏．工作原理示意图实验设备三、实验步骤3、开始采集 点击“数据采集”按钮，然后点击“确定”后按下仪器的“复位”按钮，当看到“运行”指示灯不停闪烁时，即表示系统进入测量状态。（1）自动测量
提升装有样品的低温恒温器，使其脱离液氮液面，温度将逐渐升高。在电脑显示器左上部“状态参数”区表示“样品电流方向”的“正向/反向”指示灯交替闪烁，表示系统已开始采集数据。此时在计算机屏幕上逐点描出两条电压一温度特性曲线，红色的一条表示正向电压降，蓝色的一条表示反向电压降，“状态参数”区域同时显示相应的工作参数值。其含义如下：
计数：表示数据采集开始后所有采集到的有效数据的计数值；
样品电压值：表示沿当前流过样品的电流方向所测得的样品两端的电压降数值，单位为(μV)；样品当前温度：表示低温恒温器温度传感器所测到的恒温器当前温度值，单位为（K）。若温度变化缓慢，温度传感器与样品之间的温度误差可以被忽略，因此该温度值可表征为样品温度值；
样品电流值：表示正向和反向流过样品的电流的平均值，单位为(mA)；
光标指示值：当鼠标在坐标区域内移动时，可见一个“十”字形光标随之移动，同时在屏幕底部状态栏显示交点处的温度和电压值。温度单位为(K),电压值单位为(μV)。
改变恒温器与液面的距离，可以获得不同变化速率的升/降温