两带单结超导环的热电效应及电磁性质研究

发布时间：2020-08-25 07:48

【摘要】：日本科学家于2001年1月发现了临界温度高达39K的二元金属超导体MgB2。MgB2是一种两能隙超导体,其费米面是由两个二维的σ带和两个三维的π带组成,有关该超导体两个能隙的图像后来被比热、核磁共振、电子隧道和角分辨光电子谱等一系列实验所广泛证实。本论文利用两带Ginzburg-Landau理论对两带单结超导环的热电效应进行了深入研究。两带超导体中所引入的两个超导序参量之间的相位差满足sine-Gordon方程,由该方程的孤立子解我们得到了单个Josephson结(微桥结构)两端相位差和总磁通之间的线性关系。然后通过微桥中电流与超导结两端相位差满足的非线性Josephson方程,建立了在温度梯度激励下环内磁通与温度差之间的依赖关系。理论分析表明两带超导环中可能产生的孤立子解及分数磁通量子化现象可以通过测量单结超导环中的热电效应加以验证。此外,我们还分析了在外磁场作用下两带单结超导环的电磁性质,也得到类似的理论结果。
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O511.3
【图文】：

示意图,温度变化,电阻,示意图

温下金属电阻率的变化规律开辟了道路。１９１１年，Ｏｒｎｉｅｓ在测量金属汞的低温逡逑电阻率时发现了…个不同寻常的现象：Ｈｇ的电阻在４．２Ｋ时突然消失，其电阻逡逑大小从正常态的１０－Ｍ音突然下降到１0＿５倍，实验结果如图１－１所示。Ｏｎｎｅｓ确逡逑认这时Ｈｇ进入了一个以零电阻为特征的新物态，并将其命名为“超导态”。逡逑０．１５０邋逦逦逦逦逡逑０．１２５逦逦逡逑１匕邋０．１００逦－逦—逦—逦逡逑阻逦Ｈｇ逡逑＾逦０．０７５邋逦逡逑ＩＯ逡逑０．０５０邋逦逡逑０．０２５逦逦逦－邋－逦邋逦逦逡逑４．００逦４．１０逦１．２０逦４．３０逦４．４０逡逑温度（Ｋ）逡逑图１－丨Ｈｇ的电阻随温度变化示意图逡逑自从Ｏｒｎｉｅｓ发现超导电性之后，研究发现超导态并不为Ｈｇ所独有，其他逡逑些材料在特定温度下都会产生进入超导态的现象，比如温度约为３．８Ｋ时，金属逡逑材料锡开始进入超导态。我们将能够产生超导电性的物质称作超导体，当超导体逡逑表现出超导电性时处于超导态，否则处于正常态。通常把电阻突然降为零的温度逡逑称为超导转变温度或临界温度，用１表示。超导体可以是金属和半导体材料，逡逑也可以是单质、化合物或合金。实验研究表明绝大多数超导体的电阻率低于逡逑ｌ0；２７Ｄ．Ｃ１ｎ，和金属铜的屯阻率ｌ0－９Ｄ＿ｃｍ相比，超导体的电阻率几乎可以忽略不逡逑计。逡逑Ｉ逡逑

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磁感应强度恒等于零（即５邋＝邋０），这种现象称为迈斯纳效应Ｗ。迈斯纳逡逑效应表明，超导体的磁状态是热力学状态，即在特定的条件下，其状态是唯一逡逑确定的，而与超导体进入超导态的初始条件和具体过程无关，如图１－２所示。逡逑不论是先降温后加磁场，还是先加磁场后降温，只要进入超导态（图中用Ｓ表逡逑示，Ｎ表示正常态），超导体内全部磁通被排出体外。零电阻效应左＝0与迈斯逡逑纳效应ｊ邋＝邋０是超导体的两个基本属性。逡逑？■r>逡逑匕丨邋＜邋丨？丨逡逑（按邋Ｋ＝０）逡逑图１－２迈斯纳效应与理想导体情况对比逡逑我们可以使用图１－３的实验装置来观察迈斯纳效应Ｗ。在－个圆柱形超导逡逑样品表面缠上线圈，线圈的两侧连接到冲击电流计装置。当样品处于正常态时，逡逑沿轴向施加磁场，冲击电流计正向偏转角的大小和进入样品的磁通量成正比。逡逑随后缓慢地降低温度，当温度『＜７；时，样品进入超导态，由于磁通完全被样逡逑品排出体外，可以观察到冲击电流计的指针会发生反向偏转。只要维持逡逑无论再撤去或恢复外磁场，冲击电流计的指针都不再发生偏转，这说明进入超逡逑导态后

迈斯纳效应,实验装置

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