高温超导实验指导书样本.doc

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实验: 高温超导体电阻-温度特性研究
实验目的:
1、 熟悉超导材料的基本特性及发展应用状况。
2、 了解高临界温度超导材料的基本特性及其测试方法。
3、 从理论和实验上理解超导材料的零电阻特性。
实验原理:
19 , 荷兰低温物理学家昂纳斯发现, 有些导体在特定的极低温度下完全没有电阻, 这个特定的极低温度称为转变温度或临界温度, 具有这种性质的材料称为超导体或超导材料, 昂纳斯因此贡献获得了诺贝尔物理学奖。
自发现超导现象到1986年为止的几十年中, 虽已发现了大量的超导材料, 但其临界温度均不超过23.2K。1986年人们发现某些稀土元素的氧化物, 也就是一些陶瓷材料具有超导性质, 其临界温度在30K以上, 称为高温超导体。
本实验主要测定高温超导体的电阻-温度特性, 从而验证超导体的零电阻率特性。本实验采用的超导样品为YBa2Cu3O7高温超导材料。
1、 高温超导电性——零电阻率
零电阻率是超导体的一个重要特性。当超导体的温度接近临界温度时, 其电阻率可视为无限小, 因而可承载很大的电流, 如图1所示。只要这个电流不超过临界电流Ic, 超导体内电流的流动就可看成是无阻的, 热损耗也可略而不计。若用这样的超导体组成一闭合回路, 一旦回路内激发起电流, 此回路内的电流将长久地维持下去。

图2. 四引线法测量电阻

图1. 高温超导体的零电阻特性

2、 电测量原理及测量设备
在低温测量时, 为了减少漏热, 样品的测量引线又细又长, 引线的电阻与样品的电阻相比不可忽略, 对超导样品来说, 引线的电阻要大很多。为了减少引线电阻和接触电阻对测量带来的影响, 一般采用四引线法测量。
四引线测量法的方法如图2所示, 外两根导线为电流端, 能够经过较大的测量电流, 一般采用恒流源供电。电流的大小可用标准电阻的电压算出。内两根导体为电压端, 引线中流过的电流极小, 这样就能够避免引线电阻和接触电阻带来的测量误差。
3、 低温温度计
电阻随温度变化的性质, 对于各种类型的材料很不相同, 它反映了物质的内在属性。当金属纯度很高时, 总电阻能够近似表示为R=Ri (T)+Rr, 其中Ｒi(T)是由晶格原子的热振动引起的电阻, Rr是由杂质或缺陷引起的电阻( 称为剩余电阻) 。在液氮温度以上, Ri(T)>>Rr, 由R~Ri(T), 当T>qD/2 (qD称为德拜温度)时, 近似地有, Ri正比于T。
金属铂具有很好的化学稳定性, 利用纯度很高的铂制成的标准铂电阻温度计, 是历来国际温标所使用的标准内插仪器。本实验装置中采用的就是这种温度计。
实验仪器:
高Tc超导体电阻-温度特性测量仪、 杜瓦瓶、 液氮、 微型计算机。
实验内容:
测量高温超导体的转变温度TC
实验步骤:
１．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,并固定于支架上．电缆连接至HT288测量仪＂恒温输入＂端．用通讯电缆将测量仪与计算机串行口联接．
２．开启仪器: 开启测量仪器电源及电脑电源, 待系统启动完成后, 用鼠标点击电脑屏幕上的＂数据采集＂图标, 进入数据采集工作程序, 仪器面板上的＂运行＂指示灯闪烁, 表示仪器与电脑通讯工作正常．
３．测量: 提升低温恒温器, 使其脱离液氮液面, 温度将逐渐升高, 此时在计算机屏幕上将逐点描绘出两条电压－温度特性曲线, 红色的点表示样品电流为正向时的电压降, 蓝色的点表示样品电流为反向时的电压降．
４．退出测量: 点击＂停止＂, 停止采集数据, 按提示输入文件名; 确认后退出．
５．数据格式为文本格式, 可用其它软件打印或绘制曲线．
思考题:
降温和升温时测试的曲线可能不重合, 是什么原因?
参考文献:
阎守胜　陆果, 低温物理实验的原理和方法
注意事项:
1. 所有盛放低温液体的容器不能盖严, 必须留有供蒸汽逸出的孔道.
2. 注意避免低温液体触及人体,避免冻伤.
3. 注意保护杜瓦容器.
4. 氮气是窒息性气体,应防止大量氮气淤积在工作室内.