1、超导和铁基超导体2 超导基本知识 超导体的发现 超导体的基本性质 超导材料发展 超导BCS理论和非常规超导电性 超导体的应用3 超导体的发现：Onnes 1911 5迈斯纳（Meissner）效应（1933）超导体处于超导态时，体内的磁感应强度恒等于零，磁通线被完全排出超导体外完全抗磁性超导体是一种全新的物质态，需要全新的理论描述和解释描述超导电性的三个特征参数超导态超导电性：临界温度 临界磁场 临界电流密度 00BcT )/(1 02cccTTHTH)(Tjc 1934年：Gorter 和Casimir提出二流体模型 导电电子：正常电子nn和超流电子ns 1935年：F.London和H.L
2、ondon 提出London方程 穿透深度：成功解释了Meissner效应，导致超导电动力学的发展 1950年，Pippard理论，提出超导相干长度概念 超导波函数的相关范围-相干长度 0=hvF/(kBTc),1/p(l)=1/0+1/l 1950s,G-L理论 Ginzburg和Laudau在Laudau二级相变理论的基础上提出G-L超导唯象理论 1957年,Abrikosov求解了G-L方程，预言第二类超导体 2022-12-12根据G-L理论，GL参数 当 界面能为0 第一类超导体：，正界面能第二类超导体：，负界面能212121第一类超导体和第二类超导体：10第一类超导体和第二类超导体
3、：第一类超导体 （单质元素超导）第二类超导体（化合物超导）：-MHHc-MHHc1Hc2第二类超导体：磁通量子化 当施加在第二型超导体的磁场小于临界磁场Hc1时，由于迈斯纳效应，超导体内没有磁通，超导体会有超抗磁性，此情形下的磁学性质和第一类超导体相同。但若外加磁场大于另一个临界值Hc2时，会有离散的磁通量，而大部份材料仍然维持超导的特性。12磁通量的最小单位为磁通量量子：其中h为普朗克常数，而e为基本电荷。0=h/2e（约为2.0671015Wb）2022-12-12超导元素14超导材料的探索：15超导微观理论：BCS理论 电声子相互作用：当电子电声子相互作用：当电子1 1通通过晶格时，电子
4、与离子点阵的过晶格时，电子与离子点阵的库仑作用使晶格点阵畸变，当库仑作用使晶格点阵畸变，当电子电子2 2通过这个畸变的晶格时，通过这个畸变的晶格时，将受到畸变场的作用，畸变场将受到畸变场的作用，畸变场吸引这个电子吸引这个电子2 2，如果我们忽略，如果我们忽略第第1 1个电子对晶格点阵造成畸变个电子对晶格点阵造成畸变的过程，而只看其最后的结果，的过程，而只看其最后的结果，将是第将是第1 1个电子吸引第个电子吸引第2 2个电子。个电子。同位素效应超导比热的精密测量超导体光谱实验 利用BCSBCS理论处理由粒子对K和-K构成的BCSBCS波函数可以给出我们在实验中所观测到的电子超导电性和能隙值。这种
5、成对形式就是所谓的“S波成对”BCS公式kbTc=1.14hwDexp(-1/N(0)V)2D0=3.53kbTcBCS理论的局限性1.用平均相互作用势V代替和位置和动量相关的相互作用势-平均场近似2.弱耦合近似在讨论电声子相互作用时所使用的电子态的概念只在弱相互作用情况下近似成立。3.强关联电子体系，非电声子机制 费米液体理论框架18非常规超导电性：铜氧化物高温超导体铁基超导体重费米子超导体有机超导体非电声子机制非电声子机制非非s波波非费米液体行为非费米液体行为铜氧化物高温超导体：La-Ba-Cu-O Tc40KLa2-xSrxCuO4 YBa2Cu3O7-d Tc90KBi-Sr-Ca-C
6、u-OHg-Ca-Ba-Cu-O Tc163K（加压）20铜氧化物高温超导体的电子态相图韩汝珊等编：铜氧化物高温超导电性实验与理论研究韩汝珊等编：铜氧化物高温超导电性实验与理论研究第一章：铜氧化物高温超导体的电子态相图（雒建林）第一章：铜氧化物高温超导体的电子态相图（雒建林）2022-12-12重费米子超导体 1975年，发现CeAl3的低温电子比热系数值为1620ml/(molk2),比普通金属值1000倍，这说明CeAl3中电子的有效质量是自由电子质量的1000倍，所以称它为重费米子化合物。1979年Steglich发现CeCu2Si2是超导的。1991年又发现两个新的重费米子超导体UNi
7、2Al3和UPd2Al3。虽然其超导临界温度都很低，但对超导电性研究有十分重大的意义。2022-12-12u第一个有机超导体(TMTSF)2PF6发现于1979年u有机超导体具有丰富的相图u-(ET)2CuN(CN)2Cl Tc13Ku2010年,Mitsuhashi 等人报道了K掺杂(C22H14)12的超导温度18K,有机超导体Tc28.2K5.5%超导体积因子Type II SuperconductorK3.17dibenzopentacene25超导的应用：强电应用 超导输电线，利用零电阻，节省能源 核磁共振磁体和CT相比，能够更清楚分辨软组织，因此能更有效帮助诊断超导磁体的应用能极大提高分辨率，因此提高效率和帮助诊断实验室超导磁体将要在怀柔建世界场强最高的32T的混合超导磁体29两块超导体间的薄绝缘层时发生的量子力学隧道效应Josephson效应和SQUID：超导滤波器和手机基站、雷达2022-12-12小结 超导于1911年被荷兰科学家Onnes发现 超导体两个基本性质：零电阻和Meissner效应 描述超导电性的三个参数Tc，Hc，Jc 第一类超导体和第二类超导体 BCS理论：Cooper对，电声子相互作用 非常规超导电性：铜氧化物高温超导体，重费米子超导体，有机超导体等 超导应用：强电和弱电
