第1章 超导基本知识
1.1 超导的基本特性
超导是一个宏观量子现象,是在20世纪初由荷兰物理学家昂纳斯发现的。1908年昂纳斯和他的助手成功地将氦气液化,得到了4.25K以下的低温,1911年当他们测量水银电阻的时候,发现在4.2K附近其电阻突然消失,这一发现掀开了超导研究和应用的历史篇章,对深入探索量子世界起到了巨大推动作用。
零电阻是超导体的一个基本特性,由于没有电阻,超导体作为导体传输电流时没有能耗,因此是理想的导体,除此之外,超导体还是一个完全的抗磁体,外加磁场不能进入或大范围存在于超导体内部,这是超导体的另一个基本特性,超导的抗磁现象是1933年迈斯纳和奥参菲尔德发现的,称之为迈斯纳效应。这个现象不是由零电阻演绎出来的一个推论,没有电阻的导体,要同时具备完全的抗磁性才是一个超导体,这是实验上判断一个材料是否为超导体的基本出发点。
超导相变是一个二级相变过程,相变温度称之为超导相变临界温度,一个材料从正常的金属或绝缘体相转变到超导相总是伴随着一种宏观量子序(即序参量)的形成,这种宏观量子序是一种非对角长程序,没有经典对应,其性质将在以后的章节中认真讨论,当温度降低时,从正常态到电阻完全为零的超导态存在一个相变过渡区,这个过渡区的大小是由超导涨落决定的,在通常的金属超导体中,超导涨落很小,过渡区很窄,电阻随温度很快就降为零,但在氧化物高温超导体或不纯的金属超导体中,超导涨落很大,过渡区很宽,电阻下降相对比较慢。
展开