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【摘 要】超导是指某物质在温度低于某一点值时，出现电阻率为零的现象。本实验通过对FD—TX—RT—II高温超导转变温度测定仪的结构及使用方法的学习，利用FD—TX—RT—II高温超导转变温度测定仪测量氧化物超导体YBaCuO的超导临界温度，加深对超导原理的认识。
【关键词】高温超导；FD—TX—RT—II测定仪；转变温度
超导电性发现于1911年，荷兰科学家昂纳斯在实现了氦气液化之后不久，利用液氦所能达到的极低温条件，他指导学生Gilles Holster 进行金属在低温下电阻率的研究，发现在温度稍低于4.2K是水银（Hg）的电阻突然下降到一个很小值，昂纳斯认为汞进入了电阻完全消失的新状态——超导态。1933年迈斯纳和奥克森非尔德发现了超导体另一重要性质——完全抗磁性，即“迈斯纳效应”。人们将具有在一定的低温条件下呈现出零电阻和完全抗磁性性质的材料，1911年也被称为“超导元年”。
超导现象的出现，让科学家大胆设想：如果能将超导材料的转变温度提高到室温，生活将因此经历一次新革命。人们将不再为电子产品发热而苦恼、一次充电能使手提电脑连续使用数月、出门能轻松乘坐时速几百公里以上的磁悬浮列车。目前，随着低温技术的发展和小型化，超导材料已得到广泛应用。超导材料广泛用于稳定电网的设备，如超导限流器和变压器、磁体和储能系统、大电流输电等设施；同时超导磁体用于超导核磁成像、磁悬浮列车、超导电机等装置；利用超导特性人们还研制了超灵敏磁场探测器——超导量子干涉仪（SQUID），它可探测到地磁场亿分之一的信号强度，将在心磁和脑磁探测、大地探矿等领域
大显身手；超导材料也可制成滤波器等微波器件，应用于通讯和国防领域。可以毫不夸张地说，超导材料将是本世纪最重要的新材料之一。
一、零电阻效应和转变温度
根据马德森定则，金属的电阻率和温度的关系可以表示为
ρ（T）= ρi（T）+ρr
式中ρr为材料的杂质和缺陷对自由电子的散射而产生的电阻率，ρi（T）为自由电子受晶格原子振动（声子）的散射而产生的电阻率。一般金属，即使温度降至绝对零度，也存在由杂质及缺陷散射形成的剩余电阻。
每种超导电材料都有其独特的结构，从而具有相应的特征温度。高于此特征温度，材料处于正常态，具有金属性的电阻率。低于这个特征温度，电阻率为零，材料进入超导状态。通常称这个特征温度为超导体的转变温度（transition temperature）或临界临界温度（Critical temperature），用 Tc表示。由于材料的化学成份不纯和晶体结构不完整等因素的影响，超导体的正常态——超导态转变是在一定的温度间隔中发生的。
二、迈斯纳效应
当把超导体置于外加磁场中时，磁通不能穿透超导体，超导体内的磁感应强度始终保持为0，超导体的这个特性称为迈斯纳效应。完全抗磁性不是说磁化强度M和外磁场B等于零，而仅仅是表示M = -B / 4p。
超导体的零电阻现象与完全抗磁性的两个特性既相互独立又有紧密的联系。完全抗磁性不能由零电阻特性派生出来，但是零电阻特性却是迈斯纳效应的必要条件。
超导体的完全抗磁性是由其表面屏蔽电流产生的磁通密度在导体内部完全抵消了由外磁场引起的磁通密度，使其净磁通密度为零，它的状态是唯一确定的，从超导态到正常态的转变是可逆的。
三、四引线法原理及其作用
两根电压引线与样品的节点处在两根电流引线的节点之间，排除了电流引线与样品之间的接触电阻对测量的影响。又因为数字电压表的输入阻值很大，电压引线的引线电阻以及它们与样品之间的接触电阻对测量的影响可以忽略不计。因此，使用四引线测量法可以有效避免引线电阻和接触电阻对测量的影响。
四、实验仪器
FD-RT-II高温超导转变温度测量仪主要由实验主机、低温液氮杜瓦瓶和实验探棒以及前级放大器组成。
其技术指标为；（1）工作电压：220V 10%，50Hz。（2）仪器功率：15W。（3）样品电流调节范围：1.5mA-33mA。（4）温度计工作电流：1.00mA。（5）温度计电压放大倍数：40倍。
五、注意事项
使用液氮一定要注意安全。（1）不要让液氮溅到人体、仪器或引线上；（2）液氮汽化时体积将急剧膨胀，切勿将容器出气口封死；（3）氮气是窒息性气体，应保持实验室有良好的通风。
样品的焊接与保持。（1）焊接样品时，宜用小烙铁头，不应焊动焊接点的涂银丝，应使锡焊接点保持亮泽（去除助焊剂）。（2）YBaCuO材料易吸收空气中的水汽使超导性能变坏，应存放在有硅胶干燥的密封容器中。
样品电流为10mA，如果样品电流过大，会发热发烫，而低温物理实验装置的原则之一是必须尽可能减小室温漏热。如果电流过小，考虑到装置的灵敏度问题，很可能测量不出。
探棒不得剧烈震动和撞击，以免震断连接样品的涂银丝而损坏仪器。拿离和放回实验台时，一定要轻拿轻放；浸入和提高低碳液氮杜瓦时，一定要将探棒竖直对准杜瓦瓶口的中心轴线缓慢操作，避免跟瓶口和其他物体碰撞。
参考文献：
[1]杨宏川等，《低温物理学报》12—2，140，1990年。
[2]甘子剑、韩汝王册、张瑞明等，《氧化物超导电材料物性专题报告》，北京大学出版社，1998年。
[3]马文学，《超导物理概论》，吉林科学技术出版社，1990年。
[4]冯瑞等，《金属物理学第四卷超导电性和磁性》，科学出版社，1998年。
【关键词】高温超导；FD—TX—RT—II测定仪；转变温度
超导电性发现于1911年，荷兰科学家昂纳斯在实现了氦气液化之后不久，利用液氦所能达到的极低温条件，他指导学生Gilles Holster 进行金属在低温下电阻率的研究，发现在温度稍低于4.2K是水银（Hg）的电阻突然下降到一个很小值，昂纳斯认为汞进入了电阻完全消失的新状态——超导态。1933年迈斯纳和奥克森非尔德发现了超导体另一重要性质——完全抗磁性，即“迈斯纳效应”。人们将具有在一定的低温条件下呈现出零电阻和完全抗磁性性质的材料，1911年也被称为“超导元年”。
超导现象的出现，让科学家大胆设想：如果能将超导材料的转变温度提高到室温，生活将因此经历一次新革命。人们将不再为电子产品发热而苦恼、一次充电能使手提电脑连续使用数月、出门能轻松乘坐时速几百公里以上的磁悬浮列车。目前，随着低温技术的发展和小型化，超导材料已得到广泛应用。超导材料广泛用于稳定电网的设备，如超导限流器和变压器、磁体和储能系统、大电流输电等设施；同时超导磁体用于超导核磁成像、磁悬浮列车、超导电机等装置；利用超导特性人们还研制了超灵敏磁场探测器——超导量子干涉仪（SQUID），它可探测到地磁场亿分之一的信号强度，将在心磁和脑磁探测、大地探矿等领域
大显身手；超导材料也可制成滤波器等微波器件，应用于通讯和国防领域。可以毫不夸张地说，超导材料将是本世纪最重要的新材料之一。
一、零电阻效应和转变温度
根据马德森定则，金属的电阻率和温度的关系可以表示为
ρ（T）= ρi（T）+ρr
式中ρr为材料的杂质和缺陷对自由电子的散射而产生的电阻率，ρi（T）为自由电子受晶格原子振动（声子）的散射而产生的电阻率。一般金属，即使温度降至绝对零度，也存在由杂质及缺陷散射形成的剩余电阻。
每种超导电材料都有其独特的结构，从而具有相应的特征温度。高于此特征温度，材料处于正常态，具有金属性的电阻率。低于这个特征温度，电阻率为零，材料进入超导状态。通常称这个特征温度为超导体的转变温度（transition temperature）或临界临界温度（Critical temperature），用 Tc表示。由于材料的化学成份不纯和晶体结构不完整等因素的影响，超导体的正常态——超导态转变是在一定的温度间隔中发生的。
二、迈斯纳效应
当把超导体置于外加磁场中时，磁通不能穿透超导体，超导体内的磁感应强度始终保持为0，超导体的这个特性称为迈斯纳效应。完全抗磁性不是说磁化强度M和外磁场B等于零，而仅仅是表示M = -B / 4p。
超导体的零电阻现象与完全抗磁性的两个特性既相互独立又有紧密的联系。完全抗磁性不能由零电阻特性派生出来，但是零电阻特性却是迈斯纳效应的必要条件。
超导体的完全抗磁性是由其表面屏蔽电流产生的磁通密度在导体内部完全抵消了由外磁场引起的磁通密度，使其净磁通密度为零，它的状态是唯一确定的，从超导态到正常态的转变是可逆的。
三、四引线法原理及其作用
两根电压引线与样品的节点处在两根电流引线的节点之间，排除了电流引线与样品之间的接触电阻对测量的影响。又因为数字电压表的输入阻值很大，电压引线的引线电阻以及它们与样品之间的接触电阻对测量的影响可以忽略不计。因此，使用四引线测量法可以有效避免引线电阻和接触电阻对测量的影响。
四、实验仪器
FD-RT-II高温超导转变温度测量仪主要由实验主机、低温液氮杜瓦瓶和实验探棒以及前级放大器组成。
其技术指标为；（1）工作电压：220V 10%，50Hz。（2）仪器功率：15W。（3）样品电流调节范围：1.5mA-33mA。（4）温度计工作电流：1.00mA。（5）温度计电压放大倍数：40倍。
五、注意事项
使用液氮一定要注意安全。（1）不要让液氮溅到人体、仪器或引线上；（2）液氮汽化时体积将急剧膨胀，切勿将容器出气口封死；（3）氮气是窒息性气体，应保持实验室有良好的通风。
样品的焊接与保持。（1）焊接样品时，宜用小烙铁头，不应焊动焊接点的涂银丝，应使锡焊接点保持亮泽（去除助焊剂）。（2）YBaCuO材料易吸收空气中的水汽使超导性能变坏，应存放在有硅胶干燥的密封容器中。
样品电流为10mA，如果样品电流过大，会发热发烫，而低温物理实验装置的原则之一是必须尽可能减小室温漏热。如果电流过小，考虑到装置的灵敏度问题，很可能测量不出。
探棒不得剧烈震动和撞击，以免震断连接样品的涂银丝而损坏仪器。拿离和放回实验台时，一定要轻拿轻放；浸入和提高低碳液氮杜瓦时，一定要将探棒竖直对准杜瓦瓶口的中心轴线缓慢操作，避免跟瓶口和其他物体碰撞。
参考文献：
[1]杨宏川等，《低温物理学报》12—2，140，1990年。
[2]甘子剑、韩汝王册、张瑞明等，《氧化物超导电材料物性专题报告》，北京大学出版社，1998年。
[3]马文学，《超导物理概论》，吉林科学技术出版社，1990年。
[4]冯瑞等，《金属物理学第四卷超导电性和磁性》，科学出版社，1998年。