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专题选读7：超导电性和高温超导体 超导电性和高温超导体 一、超导电性 1911年，荷兰科学 家 Heike Kamerlingh 汞超导转变 Onnes 发现：汞的电阻 在温度降低时，先是缓 慢地减小，但在T = c 4.2K附近电阻突然降为 零—称这种零电阻现象 为物质的超导电性。具 有超导电性的材料称之 温度 为超导体。 二、超导体重要的物理特性 1. 直流零电阻效应 一些金属或其化合 ρ(R) 物，在温度下降时，电阻 突然降为零，则称其处于 超导态—超导体。超导体 开始失去电阻时的温度称 正常金属 为超导转变温度T 。温度 c 在T 以上时，超导体与正 c 超导金属 常导体一样，都有一定的 电阻值，此时超导体处于 正常态，而在T 以下，超 T T c c 导体处于零电阻状态，即 超导态。 为了验证超导态下，电阻是否完全消失，历史上 曾进行了著名的实验——Collins超导持续电流实验— —将一金属环放在垂直于环平面的磁场中，将其冷却 到超导的转变温度以下，然后撤去磁场，这时环中有 电流。 通过实验测量导 体环中电流的衰减情况。 实验发现：在超导 铅环中的电流在两年内 未发现丝毫的衰减！ 说明导体处于超导态 时，其电阻确实完全消 失。 1987年中科院物理所在绝对温标 38K下对YBCO超导环中的永久电流观 察了68分钟，没有发现电流的衰减，由 此计算出YBCO超导环的电阻率上限为： ρ 3×10−16 Ω⋅cm 2. 迈斯纳效应 迈斯纳 置于外磁场中的超导体会表现出完全抗磁 性，即超导体内部磁感应强度恒为零的现象— —称为“迈斯纳效应”。 迈斯纳效应”。 球体 起初，人们从零电阻现象出发，一直把超导体和 理想导体 （或称无阻导体）完全等同起来，而1933年 德国物理学家迈斯纳和奥克森菲尔德的测量表明：超 导体的磁性质与理想导体的磁性质不同。 因此，直流零电阻效应和迈斯纳效应实际上是超 导体的两个完全独立的特性。 （1）对于理想导体，在处于正常状态时加了外磁场， 磁力线穿过其内部；由于理想导体的磁性质，内部磁 通分布将不变，去掉外磁场后，理想导体仍还将保持 其内部的磁通线。 （2 ）对于超导体，当从正常态变到超导态后，原来穿 过超导体的磁通被完全排出到超导体外，同时超导体 外的磁通密度增加。由此可见，只要TT ，在超导体 c 内部总有磁感应强度B=0，这就是迈斯纳效应。 注意：超导体内 部磁场为零，但 y 是在超导体的表 面薄层内磁场并 不是突然降为 零，而有一定的 渗透，并满足如 B(x) 下规律： B(x) B(0)e−x / λ x 其中λ为渗透深度。