超导的昨天、今天和明天 武汉大学电气工程学院
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超导的历史 ●超导的基本特性 超导的应用
⚫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。1911Ones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,而在42K附近,电阻突然降 , H9 为零。 由于他的这一发现获得了1913年的诺 贝尔奖。Ones在诺贝尔领奖演说中指w 出:低温下金属电阻的消失“不是逐渐 的,而是突然的”,水银在4.2K进入 速度(K) 了一种新状态,由于它的特殊导电性能, 可以称为超导态
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，而在4.2K附近，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” ，水银在4．2K进入 了一种新状态，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 外加破场 零磁 ●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 外加磁端 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 移去根 去場 象称之为“迈斯纳效应
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 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 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/≠0K时,总存在着一些 通常方式在昰体中运动的“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7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
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