南京大学近代物理实验2014版——高临界温度的超导体临界温度的电阻测量

1 高临界温度的超导体临界温度的电阻测量 12 匡院 马超 121242028 引言 早在1991 年荷兰物理学家卡麦林·翁纳斯（Kamerlingh-Onnes）发现，将水银冷却到稍低于 4.2K 时，其电阻急剧地下降到零。他认为，这种电阻突然消失的现象，是由于物质转变到了一种新的状态，并将此以零电阻为特征的金属态，命名为超导态。1993 年迈斯纳(Meissner)和奥森菲尔德（Ochsenfeld）发现超导电性的另一特性：超导态时磁通密度为零或叫完全抗磁性，即 meissner 效应。电阻为零及完全抗磁性是超导电性的两个最基本的特性。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。直至 1986 年以前，人们经过 70 多年的努力才获得了最高临界温度为 23K 的Nb3Ge 超导材料。1986 年4 月，Bednorz 和 Muller 创造性地提出了在Ba-La-Cu-O 系化合物中存在高Tc 超导的可能性。1987 年初，中国科学院物理研究所赵忠贤等在这类氧化物中发现了 Tc=48K 的超导电性。同年2 月份，美籍华裔科学家朱经武在Y-Ba-Cu-O 系中发现了Tc=90K 的超导电性。这些发现使人们梦寐以求的高温超导体变成了现实的材料，可以说这是科学史上又一次重大的突破。其后，在1988 年1 月，日本科学家Hirashi Maeda 报导研制出临界温度为 106K 的Bi-Ba-Ca-Cu-O 系新型高温超导体。同年2 月，美国阿肯萨斯大学的Allen Hermann 和 Z.Z.Sheng 等发现了临界温度为 106K 的Tl-Ba-Ca-Cu-O 系超导体。一个月后，IBM 的Almanden 又将这种体系超导体的临界温度提高到了 125K。1989 年5 月，中国科技大学的刘宏宝等通过用 Pb 和 Sb 对 Bi 的部分取代，使 Bi-Sr-Ca-Cu-O 系超导材料的临界温度提高到了 130K。这是迄今所报导的最高的临界温度。 1. 实验目的 1.分别利用动态法和稳态法测量高临界温度氧化物超导材料的电阻率随温度的变化关系。 2.通过实验掌握利用液氮容器内的低温空间改变氧化物超导材料温度、测温及控温的原理和方法。 3.学习利用四端子法测量超导材料电阻和热电势的消除等基本实验方法以及实验结果的分析与处理。 2. 实验原理 1．临界温度Ｔc 的定义及其规定 超导体具有零电阻效应，通常把外部条件（磁场、电流、应力等）维持在足够低值时电阻突然变为零的温度称为超导临界温度。实验表明，超导材料发生正常→超导转变时，电阻的变化是在一定的温度间隔中发生，而不是突然变为零的...