超导材料的发展及理论解释与应用目录1.简介2.实验验证3.超导材料种类4.理论解释5.超导材料应用6.总结简单介绍定义: 超导材料（superconductor），是指具有在一定的低温 条件下呈现出电阻等于零以及排斥磁力线的性质的材料。两个重要 特性零电阻：超导材料处于超导态时电阻为0（在实验中，若导 体电阻的测量值低于10-25，可以认为电阻为0），能够无损 耗地传输电能。迈斯纳效应（完全抗磁性）：超导材料处于超导态时，只要 外加磁场不超过一定值，磁力线不能透入，超导材料内的磁 场恒为零。超导体具有三个临界参数：临界转变温度Tc、临界磁场强度Hc、临界电 流密度Jc。当超导体同时处于三个临界条件内时，才显示出超导性。 （1）临界转变温度Tc：当温度低于临界转变温度Tc时，材料处于超导态 ；超过临界转变温度Tc，超导体由超导态恢复为正常状态。 （2）临界磁场强度Hc：当外界磁场强度超过临界磁场强度Hc时，超导体 由超导体恢复为正常状态。临界磁场强度Hc与温度有关，关系式如下：（3）临界电流密度Jc：当通过超导体的电流密度超过临界电流密度Jc时 ，超导体由超导体恢复为正常状态。临界电流密度Jc与温度、磁场强度 有关。实验检验为了证实（超导体）电阻为零，科学家将一 个铅制圆环，放入温度低于Tc=7.2K的空间， 利用电磁感应使环内激发起感应电流。结果 发现，环内电流能持续下去，从1954年3月16 日始，到1956年9月5日止，在两年半的时间 内的电流一直没有衰减，这说明圆环内的电 能没有损失，当温度升到高于Tc时，圆环由 超导状态变正常态，材料的电阻骤然增大， 感应电流立刻消失，这就是著名的昂尼斯持 久电流实验。发展历程1911年，荷兰科学家H. K. Ones 利用低温技术研究金属的电阻特性时发现Hg在温度 低至4.2K时电阻降为零。后人把这种状态叫超导态。并把电阻突然降为零的温度 称为临界温度，记为Tc。但由于早期的超导体存在于液氦极低温度条件下，极大地限制了超导材料的应 用。人们一直在探索高温超导体，从1911年到1986年，75年间从水银的4.2K提高 到铌三锗的2322K，才提高了19K,科学家们用乌龟来形容这个程度。追寻“高温”超导之路这里说的“高温”，是相对于 绝对零度而言的“高温”.事实 上，高温超导的追寻“高温” 之路是以室温为终极目标的. 直到1986年，缪勒(K. Alexander Muller)和柏诺兹(J. Georg Bednorz)发现了铜氧化物高温超 导体，人类提高超导转变温度 的速度才坐上了火箭，开始飞 速攀升。 这之后，超导转变温度也不 断攀升，从最初的几K到目前 一百多K，不断向室温靠近。新世纪超导的发展2009年10月10日，美国科学家合成物质 (Tl4Ba)Ba2Ca2Cu7O13+,将超导温度提高到 254K，距离冰点仅19，对于推广超导的实 际应用具有极大的意义。国内外最新进展 德国马普所的研究人员 借助短波红外激光脉冲 的帮助，成功制成室温 下的陶瓷超导体尽 管其维持的时间仅有百 万分之几微秒。 吉林大学物理学院、超 硬材料国家重点实验室 的崔田教授组在“传统 高温超导体”的研究上 取得了实质性进展，理 论预测H2S-H2化合物在 高压下的超导临界温度 可达到191K。并且已被 德国马普所M. I. Eremets 教授课题组的高压实验 结果所证实。“BCS理论”的名称来自于它的创立者：巴丁 (J. Bardeen)、库珀(L. Cooper)和施里弗(J. Schrieffer)现行理论1：BCS超导理论BCS理论的基本观点认为：与晶格（或声子）的耦合可导致原本互相 排斥的电子之间出现有效的吸引力，自旋和动量相反的两个电子通过 声子作为媒介形成一个束缚态，即所谓 “库珀对”，而“库珀对” 能不受散射，顺利地通过晶格。一个比较形象的理解：当一个电子在晶格中运动时，由于异性电荷相吸而导 致局域晶格畸变，当另外一个电子通过时，会感受到第一个电子通过时导致 的晶格畸变的影响，从而在两个电子之间产生间接吸引相互作用，这就是“ 库珀对”，其总动量和总自旋为零。所有电子对在运动过程中能够保持“步 调一致”（相位相干，即相位相同），即使受到杂质等散射也将保持总动量 不变，从而在外加电场作用下能够不损失能量而运动这种现象就是超 导。所以说，超导是微观量子凝聚态的宏观表现。GL理论是在朗道二级相变理论的基础上提出的唯象理 论。理论的提出者是京茨堡（Ginsburg）、朗道（ Landau）。现行理论2：GL理论GL理论1950年，VL京茨堡和LD朗道在二级相变理论的基础上提出了超 导电性的唯象理论，称为京茨堡朗道理论（简称GL理论）。超导 态与正常态间的相互转变是二级相变（相变时无体积变化，也无 相变潜热）。1937年朗道曾提出二级相变理论，认为两个相的不 同全在于秩序度的不同，并引进序参量来描述不同秩序度的两个 相，=0时为完全无序，=1时为完全有序。GL理论把二级相变理 论应用于正常态与超导态的相变过程，其独到之处是引进一个有 效波函数作为复数序参量，|2 则代表超导电子的数密度，应 用热力学理论建立了关于的京茨堡-朗道方程。根据GL理论可得 到许多与实验相符的结论，例如临界磁场、相干长度及穿透深度 与温度的关系等。GL理论还给出了区分第一类超导体和第二类超 导体的判据。贡献 GL理论的最大贡献在于预见了第二类超导 体的存在。从GL理论出发，可以引出表面 能的概念。当超导体的表面能 时， 为第一类超导体；当超导体的表面能 时，为第二类超导体。第一类超导体和第二类超导体的磁场-温度相图超导材料应用前景 利用超导材料输电 利用超导储能 磁悬浮列车 用于热核反应 高精度仪器的制造 其他总结在人类尚未发现可替代的中间能量形式时， 电依然是主要的能量传递途径，因此超导体 在未来的很长的一段时间内都将占据极重要 的地位而超导体或许能带领人类走进下一个 新时代。THANKS FOR ATTENTATION