(新)高tc_溫度電阻_特性測量

1、外磁場為零時(shí)超導(dǎo)材料由正常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)態(tài)(或相反)的溫度，以Tc表示。Tc值因材料不同而異。已測得超導(dǎo)材料的最低Tc是鎢，為0.012K。到1987年，臨界溫度最高值已提高到100K左右。 1911年，荷蘭物理學(xué)家昂尼斯(18531926)發(fā)現(xiàn)，水銀的電阻率并不象預(yù)料的那樣隨溫度降低逐漸減小，而是當(dāng)溫度降到4.15K附近時(shí)，水銀的電阻突然降到零。某些金屬、合金和化合物，在溫度降到絕對零度附近某一特定溫度時(shí)，它們的電阻率突然減小到無法測量的現(xiàn)象叫做超導(dǎo)現(xiàn)象超導(dǎo)現(xiàn)象，能夠發(fā)生超導(dǎo)現(xiàn)象的物質(zhì)叫做超導(dǎo)體超導(dǎo)體。超導(dǎo)體由正常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)態(tài)的溫度稱為這種物質(zhì)的轉(zhuǎn)變溫度(或臨界溫度)TC?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)大多數(shù)金屬

2、元素以及數(shù)以千計(jì)的合金、化合物都在不同條件下顯示出超導(dǎo)性。如鎢的轉(zhuǎn)變溫度為0.012K，鋅為0.75K，鋁為1.196K，鉛為7.193K?？钟捎谒倪@一發(fā)現(xiàn)獲得了1913年諾貝爾獎(jiǎng)。這一發(fā)現(xiàn)引起了世界范圍內(nèi)的震動。在他之后，人們開始把處于超導(dǎo)狀態(tài)的導(dǎo)體稱之為“超導(dǎo)體”。超導(dǎo)體的直流電阻率在一定的低溫下突然消失，被稱作零電阻效應(yīng)。導(dǎo)體沒有了電阻，電流流經(jīng)超導(dǎo)體時(shí)就不發(fā)生熱損耗，電流可以毫無阻力地在導(dǎo)線中流大的電流，從而產(chǎn)生超強(qiáng)磁場。1933年，荷蘭的邁斯納和奧森菲爾德共同發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)體的另一個(gè)極為重要的性質(zhì)，當(dāng)金屬處在超導(dǎo)狀態(tài)時(shí)，這一超導(dǎo)體內(nèi)的磁感興強(qiáng)度為零，卻把原來存在于體內(nèi)的磁場排擠出去

3、。對單晶錫球進(jìn)行實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：錫球過渡到超導(dǎo)態(tài)時(shí)，錫球周圍的磁場突然發(fā)生變化，磁力線似乎一下子被排斥到超導(dǎo)體之外去了，人們將這種現(xiàn)象稱之為“邁斯納效應(yīng)”。20世紀(jì)80年代是超導(dǎo)電性的探索與研究的黃金年代。1981年合成了有機(jī)超導(dǎo)體，1986年繆勒和柏諾茲發(fā)現(xiàn)了一種成分為鋇、鑭、銅、氧的陶瓷性金屬氧化物L(fēng)aBaCuO4，其臨界溫度約為35K。由于陶瓷性金屬氧化物通常是絕緣物質(zhì)，因此這個(gè)發(fā)現(xiàn)的意義非常重大，繆勒和柏諾茲因此而榮獲了1987年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。 1987年在超導(dǎo)材料的探索中又有新的突破，美國休斯頓大學(xué)物理學(xué)家朱經(jīng)武小組與中國科學(xué)院物理研究所趙忠賢等人先后研制成臨界溫度約為90K的超導(dǎo)材料

4、YBCO（釔鉍銅氧）。 1988年初日本研制成臨界溫度達(dá)110K的Bi-Sr-Ca-Cu-O超導(dǎo)體。至此，人類終于實(shí)現(xiàn)了液氮溫區(qū)超導(dǎo)體的夢想，實(shí)現(xiàn)了科學(xué)史上的重大突破。這類超導(dǎo)體由于其臨界溫度在液氮溫度（77K）以上，因此被稱為高溫超導(dǎo)體。 自從高溫超導(dǎo)材料發(fā)現(xiàn)以后，一陣超導(dǎo)熱席卷了全球?？茖W(xué)家還發(fā)現(xiàn)鉈系化合物超導(dǎo)材料的臨界溫度可達(dá)125K，汞系化合物超導(dǎo)材料的臨界溫度則高達(dá)135K。如果將汞置于高壓條件下，其臨界溫度將能達(dá)到難以置信的164K。 自2007年12月開始，中國科學(xué)院物理研究所的陳根富博士已投入到鑭氧鐵砷非摻雜單晶體的制備中。2008年月18日，日本東京工業(yè)大學(xué)的細(xì)野秀雄教授和他

5、的合作者在美國化學(xué)會志上發(fā)表了一篇兩頁的文章，指出氟摻雜鑭氧鐵砷化合物在零下247.15攝氏度時(shí)即具有超導(dǎo)電性。在長期研究中保持著跨界關(guān)注習(xí)慣的陳根富和王楠林研究員立即捕捉到了這一消息的價(jià)值，王楠林小組迅速轉(zhuǎn)向制作摻雜樣品，他們在一周內(nèi)實(shí)現(xiàn)了超導(dǎo)并測量了基本物理性質(zhì)。 幾乎與此同時(shí)，物理所聞海虎研究組通過在鑭氧鐵砷材料中用二價(jià)金屬鍶替換三價(jià)的鑭，發(fā)現(xiàn)有臨界溫度為零下248.15攝氏度以上的超導(dǎo)電性。 2008年月日和月日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)陳仙輝組和物理所王楠林組分別獨(dú)立發(fā)現(xiàn)臨界溫度超過零下攝氏度的超導(dǎo)體，突破麥克米蘭極限，證實(shí)為非傳統(tǒng)超導(dǎo)。 2008年月日，中國科學(xué)院院士、物理所研究員趙忠賢領(lǐng)

6、導(dǎo)的小組通過氟摻雜的鐠氧鐵砷化合物的超導(dǎo)臨界溫度可達(dá)零下攝氏度，月初該小組又發(fā)現(xiàn)無氟缺氧釤氧鐵砷化合物在壓力環(huán)境下合成超導(dǎo)臨界溫度可進(jìn)一步提升至零下攝氏度。 廣闊的超導(dǎo)應(yīng)用高溫超導(dǎo)材料的用途非常廣闊，大致可分為三類：大電流應(yīng)用（強(qiáng)電應(yīng)用）、電子學(xué)應(yīng)用（弱電應(yīng)用）和抗磁性應(yīng)用。大電流應(yīng)用即前述的超導(dǎo)發(fā)電、輸電和儲能；電子學(xué)應(yīng)用包括超導(dǎo)計(jì)算機(jī)、超導(dǎo)天線、超導(dǎo)微波器件等；抗磁性主要應(yīng)用于磁懸浮列車和熱核聚變反應(yīng)堆等。 超導(dǎo)磁懸浮列車?yán)贸瑢?dǎo)材料的抗磁性，將超導(dǎo)材料放在一塊永久磁體的上方，由于磁體的磁力線不能穿過超導(dǎo)體，磁體和超導(dǎo)體之間會產(chǎn)生排斥力，使超導(dǎo)體懸浮在磁體上方。利用這種磁懸浮效應(yīng)可以制作高

7、速超導(dǎo)磁懸浮列車。 超導(dǎo)計(jì)算機(jī)高速計(jì)算機(jī)要求集成電路芯片上的元件和連接線密集排列，但密集排列的電路在工作時(shí)會發(fā)生大量的熱，而散熱是超大規(guī)模集成電路面臨的難題。超導(dǎo)計(jì)算機(jī)中的超大規(guī)模集成電路，其元件間的互連線用接近零電阻和超微發(fā)熱的超導(dǎo)器件來制作，不存在散熱問題，同時(shí)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度大大提高。此外，科學(xué)家正研究用半導(dǎo)體和超導(dǎo)體來制造晶體管，甚至完全用超導(dǎo)體來制作晶體管。 核聚變反應(yīng)堆“磁封閉體”核聚變反應(yīng)時(shí)，內(nèi)部溫度高達(dá)1億2億，沒有任何常規(guī)材料可以包容這些物質(zhì)。而超導(dǎo)體產(chǎn)生的強(qiáng)磁場可以作為“磁封閉體”，將熱核反應(yīng)堆中的超高溫等離子體包圍、約束起來，然后慢慢釋放，從而使受控核聚變能源成為21世紀(jì)

8、前景廣闊的新能源。 工作原理示意圖如圖13.1所示，低溫恒溫器用導(dǎo)熱性能良好的紫銅制成，超導(dǎo)樣品及鉑溫度傳感器置于其上，并形成良好的熱接觸。加熱器主要用于穩(wěn)態(tài)法測量。當(dāng)?shù)蜏睾銣仄魈幱谝旱谢蛞旱好嬉陨喜煌恢脮r(shí)，低溫恒溫器的溫度將會發(fā)生變化。隨著溫度的不斷變化，被測樣品的電特性也將發(fā)生相應(yīng)的變化。按典型的四端法連接的樣品及溫度傳感器分別聯(lián)接至各自的恒流源和放大器，以減小測量誤差。數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)采集、處理傳輸系統(tǒng)送入電子計(jì)算機(jī)運(yùn)算并在顯示器上顯示。儀器內(nèi)還安裝有自動控溫系統(tǒng)。它由放大器、溫度設(shè)定、PID控制器及加熱功率控制器等部分組成。自動調(diào)整加熱功率，使溫度平衡 圖13.1 HT288型高Tc超

9、導(dǎo)體電阻一溫度特性測量儀原理示意圖1. 超導(dǎo)樣品2. 半導(dǎo)體溫度傳感器3. 加熱器4. 標(biāo)準(zhǔn)電阻5.6. 恒流源7.8.9. 高增益高精密測量放大器10.比較器11.溫度設(shè)定器12.PID控制器13.加熱功率控制器14.微處理器實(shí)驗(yàn)器材：HT288型高 TC超導(dǎo)體電阻溫度特性測量儀實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集 R0.668 -0.004 127.7 0.749 -0.008 129.4 0.746 -0.012 130.8 0.745 -0.008 132.2 0.764 -0.004 133.5 0.791 0.000 135.1 0.812 0.004 136.7 0.823 0.008 138.4 0.

10、814 0.012 140.1 0.820 0.012 141.6 0.791 0.012 143.1 0.803 0.012 144.3 0.791 0.014 145.8 0.832 0.020 147.2 0.850 0.034 148.9 0.887 0.041 150.6 0.897 0.045 152.6 0.907 0.043 154.4 0.905 0.057 156.2 0.912 0.069 157.9 0.918 0.081 160.0 0.959 0.099 166.5 0.962 0.106 168.5 0.966 0.110 170.4 0.974 0.114 17

11、2.6 0.986 0.118 174.8 0.984 0.134 181.1 0.993 0.146 182.8 1.007 0.156 184.4 1.014 0.156 186.0 1.024 0.152 187.4 1.031 0.149 189.1 1.067 0.194 197.8 1.063 0.197 199.8 1.061 0.199 201.4 1.043 0.207 203.0 1.040 0.218 204.5 1.047 0.225 206.0 1.056 0.227 207.4 1.088 0.224 208.8 1.103 0.228 210.4 1.126 0.

12、232 212.1 0.579 -0.012 121.5 0.558 -0.024 120.6 0.535 -0.033 119.6 0.498 -0.033 118.6 0.445 -0.037 117.5 0.381 -0.053 116.3 0.321 -0.096 115.4 0.283 -0.148 114.5 0.264 -0.201 113.8 0.261 -0.238 112.8 0.258 -0.264 111.8 0.258 -0.277 110.6 0.255 -0.287 109.4 0.268 -0.287 107.8 0.291 -0.295 106.0 0.332

13、 -0.310 103.1 0.358 -0.342 98.0 0.377 -0.370 93.1 0.372 -0.384 89.5 0.372 -0.382 88.4 電阻數(shù)據(jù)共計(jì)207組 單位(m) （節(jié)）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集 U55.0 0.0 125.8 66.0 0.0 127.7 66.0 0.0 129.5 58.0 3.0 130.9 55.0 0.0 132.0 64.0 0.0 133.6 70.0 0.0 135.0 67.0 0.0 136.7 69.0 0.0 138.5 69.0 -3.0 139.9 71.0 0.0 141.8 59.0 0.0 143.0 70.0

14、-3.0 144.5 59.0 0.0 145.5 70.0 0.0 147.4 71.0 -4.0 148.6 77.0 -4.0 150.6 74.0 -5.0 152.5 77.0 0.0 154.6 75.0 -6.0 156.1 79.0 -8.0 170.5 80.0 -9.0 172.475.0 -39.0 235.5 79.0 -23.0 232.3 79.0 -25.0 228.7 93.0 -24.0 224.6 75.0 -24.0 221.7 73.0 -24.0 219.1 72.0 -25.0 216.3 88.0 -23.0 213.0 85.0 -23.0 20

15、8.9 85.0 -17.0 206.2 87.0 -20.0 203.1 89.0 -19.0 200.0 82.0 -18.0 197.4 85.0 -18.0 195.2 82.0 -16.0 192.4 83.0 -17.0 189.8 69.0 -16.0 188.1 79.0 -15.0 185.9 66.0 -15.0 184.5 78.0 -11.0 182.5 80.0 -13.0 180.1 78.0 -11.0 177.5 46.0 3.0 119.6 42.0 3.0 118.7 40.0 3.0 117.6 31.0 0.0 116.1 23.0 9.0 115.3 22.0 12.0 114.7 20.0