电机学--超导的昨天今天和明天.ppt

超导的昨天、今天和明天
武汉大学电气工程学院
超导的历史
超导的基本特性
超导的应用
1911年超导电性的发现
1908年荷兰物理学家Heike Kamerlingh Onnes经过长期努力,使最后一种“永久气体”氦气(He)液化。1911年Onnes在研究金属电阻随温度变化规律时发现,当温度降低时,汞(Hg)的电阻先是平稳地减小,,电阻突然降为零。
由于他的这一发现获得了1913年的诺贝尔奖。 Onnes在诺贝尔领奖演说中指出:低温下金属电阻的消失“不是逐渐的,而是突然的”,,由于它的特殊导电性能,可以称为超导态”
1933年超导完全抗磁性的发现
1933年,荷兰的迈斯纳和奥森菲尔德共同发现了超导体的另一个极为重要的性质,当金属处在超导状态时,超导体内的磁感应强度为零,原来存在于体内的磁场(磁力线)被排挤出去。人们将这种现象称之为“迈斯纳效应”。
1957年超导量子理论—BCS理论
1957年,美国伊利诺斯大学巴丁、库柏、施瑞弗提出了正确解释超导现象的量子理论,称为BCS理论:正常金属中的电阻是由于电子被晶格散射导致电子动量变化产生的。在超导态中,一旦加上外电场,所有电子对都获得相同的动量,发生高度有序的运动。由于库柏对的总动量守恒,当电子对中的一个电子受到晶格散射动量发生改变时,电子对中的另一个电子必然发生相反的动量改变。所以晶格既不能加快,也不能减慢电子对的运动,其宏观表现就是电阻为零。应该注意,并不是所有的传导电子在超导态下都能结合为库柏对。在T≠0 K时,总存在着一些以通常方式在晶体中运动的“正常”电子。温度越高,库柏对被破坏得越多,超导体中“正常”电子的比例越大。在温度上升到临界温度Tc时,所有的库柏对都被破坏,超导能隙减小到零物质过渡到正常态。BCS理论不但能解释超导态的零电阻现象,而且对迈纳斯效应、超导体比热、临界磁场的计算与实验结果相符。巴丁、库柏、施瑞弗获得了1972年诺贝尔物理奖。
1972年诺贝尔物理奖获得者:巴丁、库柏、施瑞弗
John Bardeen Leon Cooper John Schrieffer
巴丁库柏施瑞弗
1962年约瑟夫森效应
1962年仅20多岁的剑桥大学实验物理研究生约瑟夫逊在著名科学家安德森指导下研究超导体能隙性质时,发现超导体的超导隧道效应。在玻璃衬板上镀一层超导金属膜,使其上形成厚度很薄的绝层,在氧化层上再镀上一层超导金属膜,就得到一个超导—绝缘—超导(S—I—S)结,称为约瑟夫森结或超导结。理论和实验都证明,当绝缘层厚度在10Å左右时,库柏对由于隧道效应穿过势垒后仍保持配对状态,即绝缘层中出现少量超导电子,具有了弱超导电性。宏观上表现为在绝缘层中可以无阻地通过几十微安到几十毫安的电流而在S—I—S结两端并无电压降落。这个现象叫做约瑟夫森效应。
1986-今高温超导体的发现
人类的梦想:液氦温区的超导体液氮温区的高温超导材料
1986年初高温超导研究取得了突破性的发展,物理学家Mueller和Bednorz发现了高温铜氧化物超导体La2-xBaxCuO4,超导临界温度达40K.
1987年2月,美国华裔科学家朱经武和中国科学家赵忠贤相继在钇YBa2Cu3O7系材料上把超导临界温度提高到90K以上,液氮的禁区(77K)也奇迹般地被突破了。
1987年底,Tl-Ba-Ca-Cu-O系材料又把临界超导温度的记录提高到125K。
随后的几年,高温超导临界温度迅速提高,
已达到160K,并向更高的温度进军
具有超导电性的元素
历史进程