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高温超导体临界温度测量. • 背景知识 • 实验目的 • 实验原理 • 实验仪器 • 实验内容 • 注意事项 • 课堂思考. 背景知识. 超导体的发现. 1908 年实现氦气的液化，从而获得 4.2K 的低温源； 1911 年发现纯金属汞 (Hg)4.2K 时的零电阻现象，第一种超导体诞生。. Kamerlingh Onnes. 超导体的基本特性. 完全抗磁性 (Meissner 效应 ）. 零电阻. 临界参数： 临界温度（ T c ） 临界电流密度（ J c ）
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• 背景知识 • 实验目的 • 实验原理 • 实验仪器 • 实验内容 • 注意事项 • 课堂思考
背景知识 超导体的发现 • 1908年实现氦气的液化，从而获得4.2K的低温源； • 1911年发现纯金属汞(Hg)4.2K时的零电阻现象，第一种超导体诞生。 Kamerlingh Onnes
超导体的基本特性 完全抗磁性 (Meissner效应） 零电阻
临界参数：临界温度（Tc） 临界电流密度（Jc） 临界磁场（Hc）
超导电性基本测量 电阻率测量 磁化率测量
超导元素的种类 超导元素：接近半数元素能够在一定条件 下实现超导转变
超导微观理论 BCS理论：Bardeen、Cooper和Schriffer三人共同发展的低温超导理论（亦称常规超导理论），他们也因此分获得诺贝尔奖。
高温超导体的发现 高温超导体： J. G. Bednorz和K. A. Müller制备出Tc高于30K的 La-Ba-Cu-O超导体 。他二人也因此分获诺贝尔物理学奖。
朱经武等人发现Tc高达92K的Y-Ba-Cu-O超导体，这也是本实验所采用测试样品。朱经武等人发现Tc高达92K的Y-Ba-Cu-O超导体，这也是本实验所采用测试样品。
高温铜氧化物超导体五大家族 • 稀土214家族：（R,Ba）2CuO4-x（36K） • 稀土123家族：RBa2Cu3O7-x（90K） • 铋超导家族：Bi2Sr2Can-1CunO2n+4,n=2,3 （85、110K） • 铊超导家族： Tl(Ba,Sr)2 Can-1CunO2n+3, n=1,2,3（单层分族) （45、95、120K） Tl2Ba2Can-1CunO2n+4,n=1,2,3… (双层分族） （90、110、125K） • 汞超导家族：HgBa2Can-1CunO2n+2+x, n=1,2,3… （85、120、133K）
高温超导理论 到现在，高温超导机制还不完善，现有的高温超导理论包括： • Anden非费米液体高温超导理论 • Schrifer自旋袋理论 • Pines等人的近反铁磁费米液体理论 • varnln等人的边缘费米液体理论 • 双极化子超导理论
新型超导体 • 有机超导体： 主要是在有机物中发现的一些超导体，虽然其Tc并不如高温氧化物超导体一般高，但它为超导体的发展提供了更广阔的路径，另外，因其基本特性与高温氧化物超导体有众多类似之处（例如低维性、各向异性及载流子浓度低等），使其在对超导机制的研究上具有重要意义。 • 其他超导体： • Herberd等发现的掺杂C60超导材料，因其独特的结构及可与高温超导体相媲美的高Tc而备受世界各科研小组关注。另外，2000年美国Bell实验室Schön等人利用一种场效应掺杂技术（field-effect doping technique）成功地对C60晶体进行了空穴掺杂，使其Tc达到52K，最新结果已经达到117K。 • 2001年10月，日本青山学院大学教授秋光纯（Akimitsu）领导的科研小组发现了的MgB2超导体转变温度高达39K，再一次引起全球科研界的轰动。
超导体的应用 超导电缆 超导磁悬浮列车 超导计算机
实验目的 1．利用动态法测量高临界温度氧化物超导材料的电阻率随温度的变化关系。 2．通过实验掌握利用液氮容器内的低温空间改变氧化物超导材料温度、测温及控温的原理和方法。 3．学习利用四端子法测量超导材料电阻和热电势的消除等基本实验方法以及实验结果的分析与处理。 4．利用稳态法测量临界温度氧化物超导材料的电阻率随温度的变化关系并与动态进行比较，了解升降温过程对转变温度测量的影响。
实验原理 • 样品制备 Y2O3、BaCO3、CuO按YBCO中原子比例进行前驱物配比称量，所得混合粉末经过充分研磨后转入坩埚，将坩埚置于马弗炉内900度进行预烧结10小时； 烧结后粉末经过反复研磨后，经压片机压片成型，再置于马弗炉内1000度左右退火后即得YBCO块材样品，样品可经X射线粉末衍射仪(XRD)表征。
样品电极制作（四引线法或四端子法） I = E/(Rl+Rx) Rx = R+Rc Rx=Ux /I =UxRn /Un Rc~10-1欧姆 R~10-6欧姆 这里仍然存在接触点，为何 不会影响测量？
70K至室温下 R (T)= AT+B • 温度的控制和测量 图2 铂的电阻－温度关系 温度测量采用铂电阻温度计 温度控制可选择普通恒温器控温法或温度梯度法(提拉法）
热电势及其消除方法 热电势产生的电压降 几微伏至几十微伏 电流流过样品而在电压引线端产生的电压降 10-2～103μV 热电势对测量的影响很大，必须设法消除 热电势：
消除热电势的方法 保证良好的热接触 电流换向法 电流通断法 ΔT→0 E → 0 U+ = U + E U- = – U + E R = U/I = (U+ – U-)/2I U通= U + E U断= E R = U/I = (U通– U断)/I
热滞效应： 当测温元件从一个环境迅速转移到另一个温度不同的环境时,温度表的示度不能立即指示新的环境温度,而是逐渐趋近于新的环境温度。 造成测温仪器滞后的原因包括： 1. 测温元件与周围环境热交换需要一个过程； 2. 仪器指示系数有延迟特征（如测量仪表的阻尼等）。
实验仪器 稳态法测量仪器
实验内容 • 利用稳态法测量高温超导体YBCO的超导临界温度，包括降温测量和升温测量，并将两种测量结果加以对比； • 利用动态法测量BSCC超导体临界温度，并采用电流换向法消除热电势对测量结果的影响； • 选做实验：利用通断电流法消除热电势后测量超导体临界温度。
操作步骤 打开电脑和测量仪电源 温度设定逆时针拧到底 样品电流设为80mA • 动态法测量： 测量方式设为动态 样品电流换向方式设为自动 将样品杆浸入液氮液面下，待温度降至80K提起样品杆，样品杆位置可根据 升温速度调节，转变点附近速度不宜过快（？） 按下复位键 打开软件点击开始测量 280K时停止测量并保存数据
注意对照表中电压值与仪器显示温度计电压的区别！？？？注意对照表中电压值与仪器显示温度计电压的区别！？？？ 依据T-V对照表，记录下所需测量的温度点及其对应的电压值： 280K至100K，每5K记录一次；100K至80K每1K记录一次（？） • 稳态法测量： 利用所给探测棒探测杜瓦瓶液氮液面位置，保证液氮能浸没样品 打开测量仪主机电源，放大倍数设置为2000，样品电流设置为10mA， 温度计电流恒定为1mA
将样品杆放入杜瓦瓶，将固定旋钮拧松以调节样品杆位置将样品杆放入杜瓦瓶，将固定旋钮拧松以调节样品杆位置 (位置高低由所需降温速度决定)，并准备好数据记录。 温度接近100K时稍稍提起样品杆（由旋钮调节），具体位 置可参照电压变化速度 温度降至80K后完成降温测量，将样品杆提升至液面以上， 开始升温测量，测量温度点与降温一致，温度升至120K以 上可将样品杆拿出杜瓦瓶，200K左右可以电吹风辅助升温
注意事项 • 实验各连接线已经连接完毕，未经允许不可擅自拔插，防止造成连接线航空头的损坏； • 未经允许，样品杆前端样品套管不得擅自拧开； • 注意实验安全：避免液氮溅出造成冻伤，尤其注意不要碰倒实验用液氮杜瓦瓶； • 注意控制样品杆提拉速度，及时松紧固定旋钮，防止拉杆滑落杜瓦瓶底，造成杜瓦瓶或放有超导样品的探头受损； • 转变点附近要适当调节拉杆位置，避免降温过快造成实验失败（升温时亦同）； • 电吹风辅助升温时，宜用小风缓慢升温并注意样品管的均匀受热，防止造成温度跳变和误差； • 记录数据时，注意同组同学之间的分工与配合，保证所读样品电压和温度计电压的同步（？）。
数据处理及分析 注意各数据的单位 • 动态法测量： 输出数据格式 数据处理办法：origin软件处理 所得实验曲线：R+~T+、R-~T-、R~T 数据分析要求： 利用origin将三曲线在同一坐标系下作出，按要求对曲线 做必要的处理和标注，得出Tc值； 对正反向电流所对应Tc值以及消除热电势后所得Tc值进行 比较，并分析它们之间的差异以及造成差异的原因；
注意正确地进行数据转换 • 稳态法测量: 数据格式 数据处理办法：按要求将所得升降温实验数据用origin处理 样品电压（2000倍）和温度计电压（40倍）都是经过样品 杆顶端放大器放大处理，处理处理时需注意转换！ ！ ！ 所得实验曲线：TS~VS、TJ~VJ 数据分析要求： 利用origin将两曲线在同一坐标系下作出，按要求对曲线 做必要的处理和标注，得出Tc值； 对升降温所对应Tc值进行比较，并分析它们之间的差异 以及造成差异的原因；
课堂思考 • 本实验中，如果要获得更为精准的实验数据应采用恒温器控温法还是温度梯度法，为什么？ • 你觉得在选择测试电流的时候应该考虑哪些因素，为什么？ • 你觉得本实验操作时需要注意的关键步骤是什么？ • 你觉得通过本实验，可以得到那些结果和结论？
预祝大家顺利完成实验恳请大家独立认真完成实验报告预祝大家顺利完成实验恳请大家独立认真完成实验报告
