实验报告—高温超导.docx

实验报告姓名:王航 班级:F0703028学号:5070309025实验成绩:同组姓名:孙鼎成 实验日期:.:助教35批阅日期:高温超导材料特性测量实验目的:了解高。临界温度超导材料的基本电特性和测量方法。了解低温下半导体PN结的伏安特性与温度的关系。了解低温实验的测量方法。实验原理:高温超导在低温测量时,为了减少漏热,样品的测量引线又细又长,引线的电阻与样品的电阻相比不可忽略,对超导样品来说,引线的电阻要大很多。为了减小引线电阻和接触电阻对测量带来的影响,一般采用四线测量法。图1四端引线法四线测量法的方法如图1所示,外两根导线为电流端,能够流过较大的测量电流,一般采用恒流源共电。电流的大小可用标准电阻的电压算出。内两根导线为电压端,引线中流过的电流极小,这样就能够避免引线电阻和接触电阻带来的测量误差。在直流低电压测量中,如何判断和修正乱真电势带来的影响是十分重要的。实际上,由于材料的不均匀性和温差,就有温差电势的存在。一般称为乱真电势或寄生电势。我们只要用一段短的导线把数字电压表短接,用手靠近其中一个接线端来改变温度,我们就会看到数字电压表读数的变化。在低温实验中,待测样品和传感器处在低温中,而测量仪表处在室温中,因此它们的连接线处在温差很大的环境里,而且沿导线的温度分布还会随着低温液体液面的降低、低温容器的移动等变化而变化。因此在涉及直流低电压测量的实验中,判定和消除乱真电势的影响是实验中一个十分重要的步骤。高温超导材料电性转变温度并不是只由温度决定,只有保持在外磁场、流经电流和应力等值足够低时,(比如地磁场),而且超导转变往往有一个区域,因此引入起始转变温度Tconset,零电阻温度Tc0,和中点转变温度Tcm来表示,,外两根导线为电流端,,=AT3+r2expqV-VgKBT 其中常数r≈1,A是比例因子,qVg=Eg,Eg是禁带宽度,Vg称能隙电压。对上式两边取对数,整理后得到V=kbqlnJA-3+r2lnTT+Vg在正常情况下,V<Vg,可见kbqlnJA-3+r2lnT<0即V将随着T的升高而减小,在流过电流不变的情况下,,从图中可看出:当电流不同时,曲线的斜率也不同,若外延到T=0K,它们相交与一点,,二极管PN结能在很宽的范围内测量温度,但由于制造工艺关系,其一致性不是很好,,电阻率随温度的变化有很大的差别,它反映了物质的内部属性,是研究物质性质的基本方法之一。当温度高于绝对温度时,在金属中,电子的定向运动受到晶格的散射而呈现出电阻。研究表明,当(T/q)>,金属的电阻正比于温度T,其中q是德拜温度。θ=hvmaxkB上述结论是对纯金属而言,而实际上金属存在杂质、缺陷、位错等,它们会对金属造成附加电阻,这部分电阻近似地与温度无关。在金属的纯度很高时,金属的总电阻率可表示为ρ=ρiT+ρ0在液氮温度以上时,ρiT≫ρ0,因此有ρ≈ρiT。例如,铂的德拜温度为225K,在63K到室温的范围内,其电阻近似地正比于温度T。但精密的测量会发现它们偏离线性关系。在液氮正常沸点温度到室温的范围内,铂电阻温度计具有良好的线性电阻温度关系,可表示为RT=AT+B式中A,B是不随温度变化的常数。铂的性能稳定,电阻的温度系数较高,不易氧化,线性好,复现性好,常被用作温度的精密测量,。在这里,我们用铂电阻作为测量温度的指示。数据处理:实验中,并没有按照我们预想的做高温超导材料的实验,而是只做了PN结与温度关系实验。实验采用四端接线法,比较简单。老师向杜瓦瓶中倒入液氮,我们小组连接好电路,等到PN结和铂电阻两端的电压稳定后开始测量数据。I=500μAI=100μAPT(mV)PN(V)PT(mV)PN(V)