超導(dǎo)電性1.超導(dǎo)電現(xiàn)象超導(dǎo)電現(xiàn)象某些材料在溫度低于某一溫度時(shí)，電阻突然降到零的現(xiàn)象。具有超導(dǎo)電性的材料稱為超導(dǎo)體，電阻降為零的溫度稱為轉(zhuǎn)變溫度或臨界溫度。R/R04.004.104.204.304.400.00000.00050.00100.00150.0020T/K臨界溫度低溫下汞的電阻溫度關(guān)系

對(duì)于氧化物超導(dǎo)體，其轉(zhuǎn)變溫度范圍較寬。0.9R00.5R00.1R0R0TeTmTs氧化物超導(dǎo)體的轉(zhuǎn)變溫度

電阻從起始轉(zhuǎn)變處下降到一半時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度定義為轉(zhuǎn)變溫度。

轉(zhuǎn)變寬度超導(dǎo)電現(xiàn)象2.超導(dǎo)體的主要特性

（1）零電阻

超導(dǎo)體處于超導(dǎo)態(tài)時(shí)電阻完全消失，若形成回路，一旦回路中有電流，該電流將無(wú)衰減地持續(xù)下去。

（2）臨界磁場(chǎng)與臨界電流

材料的超導(dǎo)態(tài)可以被外加磁場(chǎng)破壞而轉(zhuǎn)入正常態(tài)，這種破壞超導(dǎo)態(tài)所需的最小磁場(chǎng)強(qiáng)度稱為臨界磁場(chǎng)。臨界磁場(chǎng)的存在，限制了超導(dǎo)體中能夠通過(guò)的電流。當(dāng)通過(guò)超導(dǎo)體的電流超過(guò)某一電流值時(shí)，超導(dǎo)態(tài)被破壞，此電流稱為臨界電流。

（3）邁斯納效應(yīng)——完全抗磁性在使樣品轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)態(tài)的過(guò)程中，無(wú)論先降溫后加磁場(chǎng)，還是先加磁場(chǎng)后降溫，超導(dǎo)體內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度總是為零。

（4）同位素效應(yīng)同位素的質(zhì)量越大，轉(zhuǎn)變溫度越低。同位素效應(yīng)說(shuō)明超導(dǎo)不僅與電子狀態(tài)有關(guān)，也與金屬的離子晶格有關(guān)。超導(dǎo)體的主要特性3.BCS理論巴?。ㄗ螅?kù)珀、施里弗（右）

1957年巴丁（J.Bardeen)、庫(kù)（L.V.Cooper)和施里弗（J.R.Schrieffer)提出一個(gè)超導(dǎo)電性的微觀理論，稱為BCS理論。

從正常態(tài)到超導(dǎo)態(tài)的轉(zhuǎn)變非常迅速，因此人們?cè)O(shè)想這種變化應(yīng)該是電子態(tài)的轉(zhuǎn)變，因電子的質(zhì)量小、反應(yīng)快；但是同位素效應(yīng)又說(shuō)明這種轉(zhuǎn)變與晶格的質(zhì)量有一定關(guān)系。BCS理論格波電子在離子晶格間運(yùn)動(dòng)時(shí)，電子密度有起伏，當(dāng)電子在某處集中時(shí)，會(huì)對(duì)附近的離子晶格產(chǎn)生吸引，從而使離子產(chǎn)生振動(dòng)，并以波的形式在點(diǎn)陣中傳播，這種波稱為格波。聲子格波是量子化的，其量子稱為聲子。形成格波的過(guò)程相當(dāng)于電子發(fā)射出一個(gè)聲子。BCS理論格波與庫(kù)珀對(duì)庫(kù)珀對(duì)傳播著的正電荷區(qū)又可以吸引另一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的電子，相當(dāng)于電子吸引了聲子，兩個(gè)電子通過(guò)交換聲子產(chǎn)生了間接的吸引作用。對(duì)于某些材料，在一定的低溫條件下，交換聲子的兩個(gè)電子可以束縛在一起形成一個(gè)電子對(duì)，稱為庫(kù)珀對(duì)。電子A

聲子電子B電子A電子B（聲子）超導(dǎo)體的主要特性BCS理論

處在超導(dǎo)態(tài)的電子，不是單獨(dú)一個(gè)個(gè)存在的，而是配成庫(kù)珀對(duì)存在的，配對(duì)的電子，其自旋方向相反，動(dòng)量的大小相等而方向相反，總動(dòng)量為零。庫(kù)珀對(duì)作為整體與晶格作用，因此一個(gè)電子若從晶體得到動(dòng)量，則另一個(gè)電子必失去動(dòng)量，作為整體，不與晶格交換動(dòng)量，也不交換能量，能自由地通過(guò)晶格，因此沒(méi)有電阻。超導(dǎo)體的主要特性

當(dāng)溫度大于臨界溫度時(shí)，熱運(yùn)動(dòng)使庫(kù)珀對(duì)分散為正常電子，超導(dǎo)態(tài)轉(zhuǎn)為正常態(tài)。

當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到臨界強(qiáng)度時(shí)，磁能密度等于庫(kù)珀對(duì)的結(jié)合能密度，所有庫(kù)珀對(duì)都獲得能量而被撤散，超導(dǎo)態(tài)轉(zhuǎn)為正常態(tài)。超導(dǎo)體的主要特性4.

超導(dǎo)電性的應(yīng)用用超導(dǎo)材料制造電纜可實(shí)現(xiàn)無(wú)損耗輸電。用超導(dǎo)材料制造電機(jī)，可以大大提高效率。用超導(dǎo)線圈制造電磁體可以得到很強(qiáng)的磁場(chǎng)，可應(yīng)用于受控核聚變、高能加速器、磁流體發(fā)電、磁懸浮列車、核磁共振成像裝置等。磁懸浮列車5.碳60分子（C60）C60是由60個(gè)碳原子構(gòu)成的空心大分子，外形酷似足球。

固態(tài)C60類似于Ga-As的半導(dǎo)體，在其中摻入堿金屬，它將轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)體。

有科學(xué)家預(yù)言，如能制成C540，它將可能成為室溫超導(dǎo)體。C60的示意圖5.碳60分子（C60）C60是由60個(gè)碳原子構(gòu)成的空心大分子，外形酷似足球。