超導體的電磁特性培訓資料

超導體的電磁特性

將超導體置于磁場仍保持超導態(tài)，或在磁場中由正常態(tài)轉變?yōu)槌瑢B(tài)，超導體都將把磁感應線完全排斥到體外去,此現(xiàn)象稱邁斯納效應或完全抗磁性。3.邁斯納效應

磁場只能透入超導體表面約107m數量級深度。

完全抗磁性和零電阻性是超導體的兩種彼此獨立的基本性質。

超導體的完全抗磁性來源于零電阻性是一種誤解。由零電阻性只能得到理想導體內部B矢量不隨時間變化，若在磁場中降至臨界溫度以下變?yōu)槌瑢B(tài)，超導體內只能保持失去電阻時的磁場狀態(tài)不變，而不可能得到內部磁場為零的結果。

24.同位素效應

這種特性稱同位素效應。

同種材料同位素在化學性質、晶體結構、電子組態(tài)及靜電性質等方面都相同，只是不同原子量對晶體點陣的熱振動(晶格振動)的特性有影響。

超導體的同位素效應暗示了電子與晶格之間的相互作用是超導現(xiàn)象中的重要因素，為超導電性的研究提供了重要啟示。

同種超導材料不同同位素的臨界溫度TC與原子量M有一定關系

3*二、對超導體主要電磁特性的解釋

二流體模型：正常電子和超導電子提供兩種電流

。1957年由巴丁、庫珀和史列菲在量子力學的基礎上提出的超導微觀理論——BCS理論。

解釋超導電子起因和本質，兩個自旋相反的電子通過與晶格的相互作用而吸引在一起形成庫珀對，不受晶格的散射提供超導電性。臨界溫度TC由庫珀對的結合能

決定。

臨界溫度可以表示為

結合能

也稱為能隙，是量子理論的結果。

41986年高溫超導現(xiàn)象和材料的發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)了BCS理論無法解釋的事實。

新材料的能隙值與BCS理論值有較大差異，在Y-Ba-Cu-O系和Eu-Ba-Cu-O系材料中以代替，幾乎未觀察到同位素效應等。

一般認為BCS理論只適用于低溫超導現(xiàn)象，對于高溫超導現(xiàn)象，目前尚無成熟的理論。

5

按二流體模型并認為超導電子就是庫珀對，利用電磁學規(guī)律解釋超導體的零電阻性和完全抗磁性。電場使超導電子產生加速度倫敦第一方程反映超導體零電阻性。對于恒定的超導電流

，jn

=0。交變的超導電流，,E0,jn

0,存在交流損耗。

正常電子遵從歐姆定律超導電流密度為6

倫敦第二方程，表明超導電流是與磁場相聯(lián)系的，或者說超導電流是由磁場來維持的。

可以得到

將倫敦第一方程代入電磁感應定律的微分形式

得

改寫為

假定恒矢量為零，即得

7

認為超導體=0。對等號兩邊同取旋度，再利用矢量分析公式和倫敦第二方程，得在恒定情況下超導體內磁場分布所滿足的方程式。令

超導電流恒定時，超導體內不存在電場，安培環(huán)路定理的微分形式寫為

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上式表明磁場不能進入超導體內部，只能以指數衰減的形式透入超導體表面的薄層中。

該方程的解為

(z

0)寫成矢量式

(z

0)

于是

成為

如果超導體占據z>0的空間，作用于超導體外磁場的形式為

并且在z=0其中

是x方向的單位矢量。xBOB0z9

在z=處，磁場衰減為表面磁場的1/e=0.37。透入深度約為107m的數量級。定義透入深度為

超導體表面層中電流

外加磁場透入超導體表面層中感生了超導電流。此電流在超導體內部產生的磁場正好將外磁場完全抵消，使內部不存在磁場，超導體的完全抗磁性。

將