姓名：孙淦学号：201411142030指导教师：张金星
实验日期：2016年11月24日
摘要
本实验通过借助已定标的铂电阻温度计测量并标定硅二极管正向电阻、温差热电偶电动势及超导样品的温度计。比较几种不同的温度计得到各自的电阻温度变化关系，同时由超导转变 曲线发现超导样品温度计在高温超导区域更明显的变化，并得到了高温超导转变温度的相关参
数。演示了高温超导磁悬浮实验，并完成了零场冷和场冷条件下高温超导体的压力位移曲线测 定。
关键词：高温超导、铂电阻温度计、磁悬浮、场冷、零场冷。
1引言
1911年，昂纳斯首次发现在4.2K水银的电阻突然消失的超导现象。1933年，迈斯纳发现超导体内部磁场为零的迈斯纳效应。完全导电性和完全抗磁性是超导体的两个基本特性。1957年，巴丁、库柏和施里弗根据电子配对作用共同提出了超导电性的微观理论——BCS理论。1986年，柏诺兹和缪勒发现Ba-La-Cu-O化合物具有高T c的超导特性，之后高T c超导体的研究出现了突破性进展。
超导体应用十分广泛，例如超导磁悬浮列车、超导重力仪、超导计算机、超导微波器件等，还可以用于计量标准。
本实验中通过对高温超导材料特性的测量和表征，探究金属和半导体的电阻随温度的变化以及温差电效应，了解磁悬浮的原理，掌握低温实验的基本方法。
玻璃丝包线2实验原理
2.1超导现象、临界参数及实用超导体
2.1.1零电阻现象
零电阻：温度降低，电阻变为0，称为超导电现象或零电阻现象。只发生在直流情况下，不会发生在交流情况。
超导临界温度：当电流、磁场以及其他外部条件保持为零或不影响转变温度测量的足够低值时，超导体呈现超导态的最高温度。
起始转变温度T c,onset：降温过程中电阻温度曲线开始转变的温度。
超导转变的中点温度T cm：待测样品电阻从起始转变处下降到一半时对应的温度。
完全转变温度（零电阻温度）T c0：电阻刚刚完全降到零时的温度。
1
图1：超导体的电阻转变曲线
图2：第一类超导体临界磁场随温度变化
转变宽度∆T c：电阻变化从10%变到90%对应的温度间隔。
三个温度对应超导体的电阻转变曲线中的值如图1所示：
2.1.2MEISSNER效应
不管加磁场的次序如何，超导体内磁感应强度总是等于零。超导体即使在处于外磁场中冷却到超导态，
也永远没有内部磁场，它与加磁场的历史无关。
2.1.3临界磁场H c
mvr蒸发浓缩
对于第一类超导体，只有正常态和超导态两种态，二者的分界处对应着临界磁场。由实验拟合给出H c（T）与T的近似关系为：
H c(T)=H c(0)[1−(T
T c
)2](1)
第一类超导体的临界磁场随温度变化图线如图2所示：
CS CN而对于第二类超导体，在二者之外还有混合态。H c1和H c2分别为两种转变的对应磁场，分别称为下临界磁场和上临界磁场。其临界磁场随温度变化图线如图3所示：
图3：第二类超导体临界磁场随温度变化
图4：第一类和第二类超导体的磁化曲线
当H<H c1以前，它具有和第一类超导体相同的MEISSNER态的磁矩；当H>H c1后，磁场进入到超导体中越来越多，同时伴随着超导态的比例越来越少，故磁化曲线随着H的增加磁矩缓慢减小为零，超导体完全恢复到正常态，如图4所示。
本实验中的高温超导体为第二类超导体。
2.1.4临界电流密度J c
当电流达到某一临界值后，超导体将恢复到正常态，相应的电流密度称为临界电流密度。临界磁场依赖于温度，随温度升高而减小，在T c时降为0。临界电流密度J c以类似的方式和温度有关，即它在较高温度下减小。
图5：铂金属的电阻温度曲线
2.1.5实用超导体——非理想的第二类超导体
非理想第类超导体的特点是其磁化行为不完全可逆。它会产生磁通俘获和不可逆磁化，同时也说明存在钉扎力和钉扎中心。
2.2电阻温度特性
程控电压衰减器2.2.1纯金属材料的电阻温度特性
酸雨采样器金属中的总电阻率为：
ρ=ρL(T)+ρr(2)
ρL(T)表示晶格热振动对电子散射引起的电阻率，与温度有关。
ρr表示杂质和缺陷对电子散射引起的电阻率，不依赖于温度，而与杂质和缺陷的密度成正比，即不改变电阻率的温度系数dρ
dT
。
如图5为铂金属电阻与温度的关系。可以看到在高温区，线性明显，而低温区是多项式的关系。
2.2.2半导体材料的电阻温度特性
半导体的电阻率为：
ρi=
1
n i e(µe+µp)
(3)
电阻率ρi由载流子浓度n i及迁移率µ=µe+µp决定，半导体材料具有负的温度系数为负的，这是因为随温度的升高，流子浓度n i升高，而迁移率µ下降较慢。这是有别于金属的一个重要特征。
半导体在一定范围内具有负的电阻温度系数，根据半导体低温区的电阻温度关系，可做成温度计来弥补金属电阻温度计在低温区电阻值和灵敏度降低的缺陷。常用的半导体温度计有锗电阻温度计、硅电
阻温度计、碳电阻温度计和热敏电阻温度计。
图6：低温恒温器和不锈钢杜瓦容器的结构
图7：四引线法测量电阻
2.3实验装置原理
2.3.1低温恒温器和不锈钢杜瓦容器
低温恒温器和不锈钢杜瓦容器的结构如图6所示：其目的是得到从液氮的正常沸点77.4K到室温范围内的任意温度。低温恒温器的核心部件是安装有超导样品和铂电阻温度计、硅二极管温度计、康-铜温差电偶及25ω锰铜加热器线圈的紫铜恒温块。实验过程从高温到低温进行，液氮装在杜瓦瓶内，利用液
面以上空间存在的温度梯度来获得所需的温度。实验过程中可用可调式定
处。
点液面指示计来简便而精确地使液氮面维持在紫铜圆筒底和下挡板之间的1
2
rca插座2.3.2电测量
(1)四引线测量法
电阻测量的电路图如图7所示：测量电流由恒流源提供，其大小可由标准电阻R n上的电压
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