超导体的基本特性
1.零电阻效应
超导现象的发现是与低温技术的发展分不开的。
1906年荷兰著名低温物理学家昂纳斯(H.K.Onnes,1853—1926)首次制备出液态氮,获得4开的低温(相当于-269℃),随后又获得了1.04开的低温。
这是继1898年制备出液态氢获得14开低温之后的巨大进展。
随着低温技术的进展,科学家已注意到纯金属的电阻随温度的降低而减小的现象。
昂纳斯首先研究低温下水银电阻的变化。
l911年发现了水银的超导现象。
在4.2开附近水银电阻突然变小。
图1是水银的电阻随温度的变化情况,纵坐标是该温度下水银电阻与0℃时电阻的比值:R(T)/R(0℃)。
较精确的测量给出水银的超导转变温度(临界温度)Tc=4.153开。
继续降温到3开时,电阻降到仅为0℃时电阻值的10-7Ω,电阻值实际已可看作零了。
图1水银的零电阻效应
1912—1913年间昂纳斯又发现锡(Sn)在3.8开低温时,也有零电阻现象。
随后科学家们又发现了其他许多金属或合金在低温下都有零电阻效应。
昂纳斯首先将这种特殊的电学性质称为超导。
昂纳斯由于液氦的制备和超导现象的研究获l913年诺贝尔物理学奖。
2.完全抗磁性
1933年,德国物理学家迈斯纳(W.Meissner)通过实验发现:当置于磁场中的导体通过冷却过渡到超导态时,原来进入此导体中的磁感线会一下子被完全排斥到超导体之外(见图2),超导体内磁感应强度变为零,这表明超导体是完全抗磁体。
这个现象称为迈斯纳效应。
3.存在临界磁场
实验表明,超导态可以被外磁场所破坏,在低于Tc的任一温度T下,当外加磁场的磁感应强度B小于某一临界值Bc时。
超导态可以保持;当B大于Bc时,超导态会被突然破坏而转变成正常态。
临界磁场Bc不仅与超导体本身性质有关,还与温度T有关。
4.同位素效应
超导体的临界温Tc与其同位素质量M有关。M越大,Tc越低,这称为同位素效应。例如,原子量为199.55的汞同位素,它的Tc是4.18开,而原子量为203.4的汞同位素,Tc为4.146开。
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