超导材料临界转变温度的测量实验.docx

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1、0= A)+ Ar，（1）图1一般金属的电阻率温产转手黯亦潟席ATC正常一超导转变超导材料临界转变温度的测量实验基本原理：1）零电阻现象在低温时，一般金属（非超导材料）总具有一定的电阻，如图1所示，其电阻率p与温度7的关系可表示为：式中R）是T=（）K时的电阻率，称剩余电阻率，它与金属的纯度和晶格的完整性有关，对于实际的金属，其内部总是存在杂质和缺陷，因此，即使使温度趋于绝对零度时，也总存在外。零电阻现象，如图2所示。需要注意的是只有在直流情况下才有零电阻现象，而在交流情况下电阻不为零。2）完全抗磁性当把超导体置于外加磁场中时，磁通不能穿透超导体，超导体内的磁感应强度始终保持为。，超导体的这个

2、特性称为迈斯纳效应。注意：完全抗磁性不是说磁化强度M和外磁场B等于零，而仅仅是表示M=-B/Atio超导体的零电阻现象与完全抗磁性的两个特性既相互独立又有紧密的联系。完全抗磁性不能由零电阻特性派生出来，但是零电阻特性却是迈斯纳效应的必要条件。超导体的完全抗磁性是由其表面屏蔽电流产生的磁通密度在导体内部完全抵消了由外磁场引起的磁通密度，使其净磁通密度为零，它的状态是唯一确定的，从超导态到正常态的转变是可逆的。3）临界磁场把磁场加到超导体上之后，一定数量的磁场能量用来建立屏蔽电流以抵消超导体的内部磁场。当磁场达到某一定值时，它在能量上更有利于使样品返回正常态，允许磁场穿透，即破坏了超导电性。致使超

3、导体由超导态转变为正常态的磁场称为超导体的临界磁场，记为如果超导体内存在杂质和应力等，则在超导体不同处有不同的He，因此转变将在一个很宽的磁场范围内完成，和定义Tc样，通常我们把“二HN2相应的磁场叫临界磁场。4）临界电流密度图4第I类超导体临界磁场随温度的变化关系实验发现当对超导体通以电流时，无阻的超流态要受到电流大小的限制，当电流达到某一临界值/c后，超导体将恢复到正常态。对大多数超导金属，正常态的恢复是突变的。我们称这个电流值为临界电流/C，相应的电流密度为临界电流密度介。对超导合金、化合物及高温超导体，电阻的恢复不是突变，而是随电流的增加渐变到正常电阻R。基本概念：5）四端子接线法6）

4、动态法通过低温恒温器慢慢放入杜瓦瓶中，在不同的温度变化中绘出降温曲线，然后在室温下自然升温，绘出升温曲线。最后，可以通过加热测量更高温度下的升温曲线。7）Tc定义超导体从具有一定电阻的正常态，转变为电阻为零的超导态时，所处的温度叫做临界温度,常用Tc表示。实验步骤:动态测量1.2.正打开仪器和超导测量软件。仪器面板上测量方式选择“动态”，样品电流换向方式选择“自动”，分别测出温度设定逆时针旋到底。3.4.5.6.7.在计算机界面启动“数据采集”。调节“样品电流”至80mAo将恒温器放入装有液氮的杜瓦瓶内，降温速率由恒温器的位置决定。直至泡在液氮中。仪器自动采集数据，画出正反向电流所测电压随温度

5、的变化曲线，最低温度到77Ko点击“停止采集”，点击“保存数据”，给出文件名保存，降温方式测量结束。8.9.重新点击“数据采集”将样品杆拿出杜瓦瓶，作升温测量，测出升温曲线。根据软件界面进行数据处理实验数据及参数：样品电流80mA最低温度79.4K数据见附录文件数据处理:T(K)RT图像有图可的Tc=111.6K,R=1.125*10-4QT(K)UT图像思考题：1 .超导体有哪些主要特性？(1)、零电阻效应(2)、完全抗磁性2 .在低温物理实验中有几种常见的制冷技术？请简要说明各自的原理及温度范围,答：一般说来，摄氏零度以下称为低温。若按低温获得方法及应用情况可分为三个温区。普冷-153(2

6、73K120K)深冷一153-272.7C(120K0.3K)(3)极低温一272.7以下(0.3K以下)普冷，通常称为制冷技术，它应用在空调、冰箱等方面。上要是以氨、氟利昂等为制冷工质,通过高压液体的膨胀来达到低温，并依靠液体的汽化获得冷量。深冷温区是以N202H2Hc2,等气体为.工质，通过节流或绝热膨胀达到低温，使气体液化。0.3K以下的极低温需要用3He稀释制冷机及绝热去磁等方法来获得。低温实验技术主要是研究深冷和极低温的获得，低温温度的控制和测量等3 .在Tc的测量过程中，你认为要精确地测量Tc,最困难的问题是什么？在实验中你如何克服这些困难？答：将低温恒温器放入杜瓦瓶速度的控制。通过看电脑图像和多次测量来控制速度。4 .本实验的动态法升降温过程获得的RT曲线有哪些具体差异。为什么会出现这些差异。答:升温曲线较降温曲线更加稳定，具有较好的拟合性。升温曲线在U0K左右一个突变。差异原因，半导体材料由低温到高温性能变化稳定。5 .给出实验所用样品的超导起始温度、中间温度和零电阻温度，分析实验的精度。答：起始温度108.4K,中间温度U0.6K,零电阻温度110.6K.注意事项：不耍被液氮冻伤；不要弄坏仪器。