(新)高tc_温度电阻_特性测量.

新整理高TC超导体电阻—温度特性的测量超导材料的历史及应用高TC超导体电阻—温度特性测量实验小结外磁场为零时超导材料由正常态转变为超导态(或相反)的温度，以Tc表示。Tc值因材料不同而异。已测得超导材料的最低Tc是钨，为0.012K。到1987年，临界温度最高值已提高到100K左右。1911年，荷兰物理学家昂尼斯(1853～1926)发现，水银的电阻率并不象预料的那样随温度降低逐渐减小，而是当温度降到4.15K附近时，水银的电阻突然降到零。某些金属、合金和化合物，在温度降到绝对零度附近某一特定温度时，它们的电阻率突然减小到无法测量的现象叫做超导现象，能够发生超导现象的物质叫做超导体。超导体由正常态转变为超导态的温度称为这种物质的转变温度(或临界温度)TC。现已发现大多数金属元素以及数以千计的合金、化合物都在不同条件下显示出超导性。如钨的转变温度为0.012K，锌为0.75K，铝为1.196K，铅为7.193K。卡茂林由于他的这一发现获得了1913年诺贝尔奖。这一发现引起了世界范围内的震动。在他之后，人们开始把处于超导状态的导体称之为“超导体”。超导体的直流电阻率在一定的低温下突然消失，被称作零电阻效应。导体没有了电阻，电流流经超导体时就不发生热损耗，电流可以毫无阻力地在导线中流大的电流，从而产生超强磁场。1933年，荷兰的迈斯纳和奥森菲尔德共同发现了超导体的另一个极为重要的性质，当金属处在超导状态时，这一超导体内的磁感兴强度为零，却把原来存在于体内的磁场排挤出去。对单晶锡球进行实验发现：锡球过渡到超导态时，锡球周围的磁场突然发生变化，磁力线似乎一下子被排斥到超导体之外去了，人们将这种现象称之为“迈斯纳效应”。20世纪80年代是超导电性的探索与研究的黄金年代。1981年合成了有机超导体，1986年缪勒和柏诺兹发现了一种成分为钡、镧、铜、氧的陶瓷性金属氧化物LaBaCuO4，其临界温度约为35K。由于陶瓷性金属氧化物通常是绝缘物质，因此这个发现的意义非常重大，缪勒和柏诺兹因此而荣获了1987年度诺贝尔物理学奖。1987年在超导材料的探索中又有新的突破，美国休斯顿大学物理学家朱经武小组与中国科学院物理研究所赵忠贤等人先后研制成临界温度约为90K的超导材料YBCO（钇铋铜氧）。1988年初日本研制成临界温度达110K的Bi-Sr-Ca-Cu-O超导体。至此，人类终于实现了液氮温区超导体的梦想，实现了科学史上的重大突破。这类超导体由于其临界温度在液氮温度（77K）以上，因此被称为高温超导体。自从高温超导材料发现以后，一阵超导热席卷了全球。科学家还发现铊系化合物超导材料的临界温度可达125K，汞系化合物超导材料的临界温度则高达135K。如果将汞置于高压条件下，其临界温度将能达到难以置信的164K。自2007年12月开始，中国科学院物理研究所的陈根富博士已投入到镧氧铁砷非掺杂单晶体的制备中。2008年２月18日，日本东京工业大学的细野秀雄教授和他的合作者在《美国化学会志》上发表了一篇两页的文章，指出氟掺杂镧氧铁砷化合物在零下247.15摄氏度时即具有超导电性。在长期研究中保持着跨界关注习惯的陈根富和王楠林研究员立即捕捉到了这一消息的价值，王楠林小组迅速转向制作掺杂样品，他们在一周内实现了超导并测量了基本物理性质。几乎与此同时，物理所闻海虎研究组通过在镧氧铁砷材料中用二价金属锶替换三价的镧，发现有临界温度为零下248.15摄氏度以上的超导电性。2008年３月２５日和３月２６日，中国科学技术大学陈仙辉组和物理所王楠林组分别独立发现临界温度超过零下２３３．１５摄氏度的超导体，突破麦克米兰极限，证实为非传统超导。2008年３月２９日，中国科学院院士、物理所研究员赵忠贤领导的小组通过氟掺杂的镨氧铁砷化合物的超导临界温度可达零下２２１．１５摄氏度，４月初该小组又发现无氟缺氧钐氧铁砷化合物在压力环境下合成超导临界温度可进一步提升至零下２１８．１５摄氏度。广阔的超导应用高温超导材料的用途非常广阔，大致可分为三类：大电流应用（强电应用）、电子学应用（弱电应用）和抗磁性应用。大电流应用即前述的超导发电、输电和储能；电子学应用包括超导计算机、超导天线、超导微波器件等；抗磁性主要应用于磁悬浮列车和热核聚变反应堆等。超导磁悬浮列车利用超导材料的抗磁性，将超导材料放在一块永久磁体的上方，由于磁体的磁力线不能穿过超导体，磁体和超导体之间会产生排斥力，使超导体悬浮在磁体上方。利用这种磁悬浮效应可以制作高速超导磁悬浮列车。超导计算机高速计算机要求集成电路芯片上的元件和连接线密集排列，但密集排列的电路在工作时会发生大量的热，而散热是超大规模集成电路面临的难题。超导计算机中的超大规模集成电路，其元件间的互连线用接近零电阻和超微发热的超导器件来制作，不存在散热问题，同时计算机的运算速度大大提高。此外，科学家正研究用半导体和超导体来制造晶体管，甚至完全用超导体来制作晶体管。核聚变反应堆“磁封闭体”核聚变反应时，内部温度高达1亿～2亿℃，没有任何常规材料可以包容这些物质。而超导体产生的强磁场可以作为“磁封闭体”，将热核反应堆中的超高温等离子体包围、约束起来，然后慢慢释放，从而使受控核聚变能源成为21世纪前景广阔的新能源。高TC超导体电阻—温度特性测量实验实验目的：I，掌握到TC超导体电阻——温度特性的测量方法II，学会用动态法和稳态法进行测温、控温，数据采集、传输和处理实验原理：工作原理示意图如图13.1所示，低温恒温器用导热性能良好的紫铜制成，超导样品及铂温度传感器置于其上，并形成良好的热接触。加热器主要用于稳态法测量。当低温恒温器处于液氮中或液氮液面以上不同位置时，低温恒温器的温度将会发生变化。随着温度的不断变化，被测样品的电特性也将发生相应的变化。按典型的四端法连接的样品及温度传感器分别联接至各自的恒流源和放大器，以减小测量误差。数据经数据采集、处理传输系统送入电子计算机运算并在显示器上显示。仪器内还安装有自动控温系统。它由放大器、温度设定、PID控制器及加热功率控制器等部分组成。自动调整加热功率，使温度平衡图13.1HT288型高Tc超导体电阻一温度特性测量仪原理示意图1.超导样品2.半导体温度传感器3.加热器4.标准电阻5.6.恒流源7.8.9.高增益高精密测量放大器10.比较器11.温度设定器12.PID控制器13.加热功率控制器14.微处理器实验器材：HT288型高TC超导体电阻—温度特性测量仪实验内容：准备工作将液氮注入液氮杜瓦瓶，再将装有测量样品的低温恒温器浸入液氮，固定于支架上，电缆连接至HT288测量仪“恒温器接口”端,再用通讯电缆将测量仪与计算机串行口联接。在硬盘上创建“HT288F”文件夹，然后将光盘上名为“HT288F.EXE”文件直接复制粘贴到该文件夹，发送快捷方式到桌面，完成安装。开启仪器开启测量仪器电源和电脑电源，待系统启动完成后，，进入工作程序。开始采集点击“数据采集”按钮，点击“确定”后按下仪器的“复位”按钮，当看到“运行”指示灯不停闪烁时，即表示系统进入测量状态。自动测量提升装有样品的低温恒温器，使其脱离液氮液面，温度将逐渐升高。在电脑显示器左上部“状态参数”区表示“样品电流方向”的“正向/反向”指示灯交替闪烁，表示系统已开始采集数据。此时在计算机屏幕上逐点描出两条电压一温度特性曲线，红色的一条表示正向电压降，蓝色的一条表示反向电压降，“状态参数”区域同时显示相应的工作参数值。其含义如下：计数：表示数据采集开始后所有采集到的有效数据的计数值；样品电压值：表示沿当前流过样品的电流方向所测得的样品两端的电压降数值，单位为(μV)；样品当前温度：表示低温恒温器温度传感器所测到的恒温器当前温度值，单位为（K）。若温度变化缓慢，温度传感器与样品之间的温度误差可以被忽略，因此该温度值可表征为样品温度值；样品电流值：表示正向和反向流过样品的电流的平均值，单位为(mA)；光标指示值：当鼠标在坐标区域内移动时，可见一个“十”字形光标随之移动，同时在屏幕底部状态栏显示交点处的温度和电压值。温度单位为(K),电压值单位为(μV)。改变恒温器与液面的距离，可以获得不同变化速率的升/降温特性曲线。手动电流换向测量：当系统需要调整或测试时，使用手动转换样品电流的方式工作（一般应联系专业人员）。停止采集：任意时刻点击“停止采集”按钮，都会停止采集数据，按提示输入文件名（建议使用缺省明），确认后自动保存文件，然后退出采集。数据处理：点击“打开”按钮，选择所需的文件打开。点击工具栏不同颜色的图标，将会显示/擦除该颜色的曲线，用户可根据需要选择查看不同的曲线。双击鼠标左键，会出现一个三角形标志，同时在标志旁显示该点的坐标。实验数据采集R0.668-0.004127.70.749-0.008129.40.746-0.012130.80.745-0.008132.20.764-0.004133.50.7910.000135.10.8120.004136.70.8230.008138.40.8140.012140.10.8200.012141.60.7910.012143.10.8030.012144.30.7910.014145.80.8320.020147.20.8500.034148.90.8870.041150.60.8970.045152.60.9070.043154.40.9050.057156.20.9120.069157.90.9180.081160.00.9590.099166.50.9620.106168.50.9660.110170.40.9740.114172.60.9860.118174.80.9840.134181.10.9930.146182.81.0070.156184.41.0140.156186.01.0240.152187.41.0310.149189.11.0670.194197.81.0630.197199.81.0610.199201.41.0430.207203.01.0400.218204.51.0470.225206.01.0560.227207.41.0880.224208.81.1030.228210.41.1260.232212.10.579-0.012121.50.558-0.024120.60.535-0.033119.60.498-0.033118.60.445-0.037117.50.381-0.053116.30.321-0.096115.40.283-0.148114.50.264-0.201113.80.261-0.238112.80.258-0.264111.80.258-0.277110.60.255-0.287109.40.268-0.287107.80.291-0.295106.00.332-0.310103.10.358-0.34298.00.377-0.37093.10.372-0.38489.50.372-0.38288.4电阻数据共计207组单位(mΩ)（节）实验数据采集U55.00.0125.866.00.0127.766.00.0129.558.03.0130.955.00.0132.064.00.0133.670.00.0135.067.00.0136.769.00.0138.569.0-3.0139.971.00.0141.859.00.0143.070.0-3.0144.559.00.0145.570.00.0147.471.0-4.0148.677.0-4.0150.674.0-5.0152.577.00.0154.675.0-6.0156.179.0-8.0170.580.0-9.0172.475.0-39.0235.579.0-23.0232.379.0-25.0228.793.0-24.0224.675.0-24.0221.773.0-24.0219.172.0-25.0216.388.0-23.0213.085.0-23.0208.98