程 泓

(商丘技师学院，河南商丘 476000)

超导现象及YBaCuO超导体超导温度的测定

程 泓

(商丘技师学院，河南商丘 476000)

本文介绍了超导现象，超导的基本原理和超导的研究现状，同时介绍了一种确定超导温度的实验方法及所利用的实验装置。利用伏安法测量了YBaCuO超导体的超导温度，对实验结果进行了分析和讨论，最后提出了伏安法测量超导体转变温度时的注意事项。

超导现象;YBaCuO超导体;超导温度

超导，即电流在通过某种材料时电阻完全消失的现象，是荷兰物理学家Heilie Kammerlingh Onnes于1911年发现的。这种现象仅发生在物质处于极端物理状态的温度——临界温度。临界温度略高于绝对零度，即一273℃(OK)。在超导现象发现以后的70多年中，包括1957年发表的第一个超导理论在内的所有研究都证实了这一基本条件。而达到极端低温的唯一方法是液化氮(4K)产生的低温。

本文介绍电测法测定超导临界温度的原理及实验方法。

1.实验

本实验的目的是，通过利用直流测量法测量超导体的临界温度和零电阻，观察磁悬浮现象，了解超导体的两个基本特性——零电阻和迈斯纳效应。

1.1 实验原理

超导体的两个最重要的特征是零电阻特性和完全抗磁性。此外，还有和这两个特征相关的临界磁场、临界电流等特征量。

1.1.1 零电阻现象

当物质的温度下降到某一确定值Tc(临界温度)时，物质的电阻率由有限值变为零的现象称为零电阻现象，也称为物质的完全导电性。

1.1.2 迈斯纳效应

1937年，迈斯纳和奥森菲尔德发现，具有上述完全导电性的物质还具有另外一个基本特性——完全抗磁性：当物质由常导态进入超导态后其内部的磁感应强度总是为零，即不管超导体在常导态时的磁通状态如何，当样品进入超导态后，磁通一定不能穿透超导体。这一现象也称为迈斯纳效应。

零电阻和迈斯纳效应是超导电性的两个基本特性。这两个基本特性既相互独立又相互联系，因为单纯的零电阻现象不能保证迈斯纳效应的存在，但它又是迈斯纳效应存在的必要条件。

1.1.3 超导临界参数

约束超导现象出现的因素不仅仅是温度。实验表明，即使在临界温度下，如果改变流过超导体的直流电流，当电流强度超过某一临界值时，超导体的超导态将受到破坏而回复到常导态。如果对超导体施加磁场，当磁场强度达到某一值时，样品的超导态也会受到破坏。破坏样品的超导电性所需的最小极限电流值和磁场值，分别称为临界电流Ic(常用临界电流密度Jc表示)和临界磁场Hc。

临界温度Tc、临电流密度Jc和临界磁场Hc是超导体的三个临界参数，这三个参数与物质的内部微观结构有关。在实验中要注意，要使超导体处于超导态，必须将其置于这三个临界值以下，只要其中任何一个条件被破坏，超导态都会被破坏。

1.2 实验装置

1.2.1 R－T 曲线测量

(1)样品准备。实验选用高温氧化物超导体YBa2Cu3O7－δ块材或薄膜，采用直流测量法测量RT曲线。为了减少漏热，样品的电极引线一般选用很细的银丝或金丝，用压铟法焊接在样品表面上，样品与引线之间必须具有良好的欧姆接触。但是，由此引入的引线电阻和引线与样品的接触电阻往往远大于超导体正常态的电阻，为了消除这些电阻对测量的影响，实验中采用四引线法测量，即把供电电流引线和测量电位的引线分开。

图1 R－T测量统一线路图RS－超导体;RN－标准电阻

(2)测量电路。具体的测量线路如图1所示。测量样品电压的电压表灵敏度应优于1μV，样品的电流源的稳定度优于0.05%，测温的传感器可用电阻型或电耦型的。

(3)低温的获得。可用微型制冷机或低温流体冷却待测样品，如用微型制冷机，把样品用导热脂贴在制冷机的冷指上。

1.2.2 磁悬浮观察

样品选用块材 YBa2Cu3O7－δ(φ =10 ～20mm)以及一块直径相仿的钕铁硼小磁铁，一个能盛装样品的泡沫塑料盒。

1.3 实验过程

1.3.1 测量 R－T曲线

(1)按测量线路接好线路，根据样品的具体情况，选择适当的恒流值。温度测量要根据所选的温度传感器适当地选取测量仪器。例如，选取电阻型的感温元件，可根据实验室的条件或直接用温度显示仪测量或采用四引线法测量。

(2)样品冷却至液氮温度并注意观察Rn所对应的温度及Tc0，然后用提拉法(提拉样品盒中心的德银管以改变恒温块与液氮面的距离)或电加热法(控制加热器的电功率大小)升温测量R－T曲线：从77K到150K之间逐点测量，在超导转变区内的取点应尽可能密，至少取5个点，其余每10K取一个点。为了消除温差电势等寄生电势对低温下电阻测量的影响，每个测量点必须改变样品电流的方向测量，UBC=(U’BC－U”BC)/2。根据所测数据作出 R－T曲线，并从曲线求出 Rn，Tc，Tc0和△Tc。Tc的确定也可以通过求导数法，根据R－T曲线求dR/dT的曲线，曲线极大值对应的温度即为Tc。比较两种方法求出的Tc。

2 实验结果与分析

2.1 测量数据

样品电流IS=5.0 mA，温度计电流IT=1.0 mA，测量数据为表1。

表1 数据表

2.2 结果分析

由图2曲线可知：

对应Tc时 VT=28.9mV

查表得出对应的Tc=95K

本实验是基于零电阻特性，用电测法测量超导体转变温度Tc，从而对零电阻现象有一感性认识。具体做法是：使样品通一恒定电流，测量其阻值随温度变化，当温度降到Tc时阻值突然降到仪器分辨率不能检测的情况，从而定出Tc。

2.3 注意事项

2.3.1 使用液氮时要格外小心。灌注液氮时开始要缓慢，让容器预冷后再灌入所需量。盛装液氮的容器必须留有供蒸气逸出的逸气口，以防液氮汽化后容器压强逐渐增大而引起爆炸。操作过程中防止人体接触液氮，否则会造成冻伤。

图2 VS—VT曲线

2.3.2 氧化物超导体对氧含量极为敏感，因此在测量过程中注意不能让样品在低于0℃状态下暴露在大气中，测量完毕后样品要注意干燥保存。

3.结语

本论文介绍了超导的发现及其发展过程和理论意义，详细介绍了YBaCuO超导体超导温度的实验原理及其测量步骤，用电阻——温度曲线的实验方法得出了YBaCuO超导体的超导温度，并对测量结果进行分析和讨论。

［1］卢波.世界高温超导体研究的动态［J］.冶金丛刊，1991，5：22.

［2］林木欣.近代物理实验教程［M］.科学出版社，1999：194－197.

Superconductivity Phenomenon and YBaCuO Superconductor＇s Superconductivity Temperature

CHENG Hong
(Shangqiu Technician Institute，Shangqiu 476000，China)

This article introduces the superconductivity phenomenon，the superconductivity basic principle and the superconductivity research present situation，simultaneously introduces one definite superconductivity temperature experimental technique，and uses voltammetry to measure the YBaCuO superconductor superconductivity temperature，has carried out the analysis and discussion to the experimental result，and finally proposes the matters needing attention when using volt ammetry to measure superconductor temperature change.

superconductivity phenomenon;YBaCuO superconductor;superconductivity temperature

G206 < class="emphasis_bold">文献标识码：A

A

1671－3974(2011)04－0076－03

2011－06－21

程泓(1968－)，女，大学，河南省商丘技师学院高级讲师。研究方向：物理电子学。