通常,電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí),由于存在電阻,不可避免地會(huì)有一定的能量損耗。所謂超導(dǎo)體的全導(dǎo)電性(Complete Conductivity)即在超導(dǎo)態(tài)下(臨界溫度以下)電阻為零,電流通過(guò)超導(dǎo)體時(shí)沒(méi)有能量損耗。
超導(dǎo)體的完全抗磁性(Complete Diamagnetism)是指超導(dǎo)體處于外界磁場(chǎng)中,能排斥外界磁場(chǎng)的影響,即外加磁場(chǎng)完全被排除在超導(dǎo)體之外,這種特性也稱為邁斯納效(Meissner Effect)。邁斯納效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)是將處于常導(dǎo)態(tài)的超導(dǎo)樣品放置在磁場(chǎng)中,這時(shí)的磁場(chǎng)能進(jìn)入超導(dǎo)樣品,然后將其冷卻至臨界溫度Tc以下,處于超導(dǎo)態(tài)時(shí),在超導(dǎo)樣品中的磁場(chǎng)就被排斥出來(lái)。如果把這個(gè)過(guò)程反過(guò)來(lái),即先把處于常導(dǎo)態(tài)的超導(dǎo)樣品冷卻至超導(dǎo)臨界溫度以下,使其處于超導(dǎo)態(tài),然后將其放入磁場(chǎng)中,這時(shí)磁場(chǎng)也被排斥在超導(dǎo)體之外。
如前所示,超導(dǎo)體的性能很多,但表征超導(dǎo)材料的基本參量有:臨界溫度Tc、臨界磁場(chǎng)Hc、臨界電流Ic和磁化強(qiáng)度Mc。其中Tc、Hc是材料所固有的性能,由材料基體電子結(jié)構(gòu)所決定的,很少受形變、加工和熱處理的影響,即Tc、Hc是組織結(jié)構(gòu)不敏感的超導(dǎo)性能參數(shù)。而Ic對(duì)組織結(jié)構(gòu)極為敏感。
在這些基本的參量測(cè)試中,臨界溫度Tc的測(cè)量十分重要,因此,現(xiàn)只討論臨界溫度Tc的測(cè)量。
測(cè)量臨界溫度Tc有不同的方法,如電阻法、磁測(cè)量法等。測(cè)量的方法不同,Tc也會(huì)得到不同的結(jié)果。
為了測(cè)出Tc,需要精確地進(jìn)行溫度控制、溫度測(cè)量,并準(zhǔn)確地測(cè)量出超導(dǎo)態(tài)-常導(dǎo)態(tài)轉(zhuǎn)變點(diǎn)。
目前,超導(dǎo)材料的Tc一般在0℃以下。因此首先要獲得低溫。如前所述,在4. 2K以下用液氦,在20K以下用液氫,在77K以下用液氮,而且一般采用減壓的方法來(lái)獲得。
(1)電阻測(cè)量法
電阻測(cè)量法是基于當(dāng)樣品進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)時(shí),電阻變?yōu)榱愕囊环N測(cè)量方法。樣品一般用線狀或帶狀,同時(shí)要求樣品內(nèi)超導(dǎo)相是均質(zhì)的,否則只能測(cè)出Tc較高的相的臨界溫度,而Tc較低
的相則測(cè)不出來(lái)。
(2)磁測(cè)量法
當(dāng)超導(dǎo)材料存在不同的臨界溫度Tc相時(shí),則不能用電阻法來(lái)測(cè)量Tc,因?yàn)樵谶@種情況下,只能測(cè)出高Tc相的臨界溫度,而Tc較低的相則測(cè)不出來(lái)。在這種情況下可以采用磁測(cè)量法。
通過(guò)磁化率的變化來(lái)測(cè)量臨界溫度所用的電路是肖洛(Shawlow)電路。
伴隨著常導(dǎo)態(tài)-超導(dǎo)態(tài)轉(zhuǎn)變,樣品從順磁性轉(zhuǎn)變?yōu)榭勾判?,樣品的磁化率將發(fā)生很大的變化。如果將樣品置于電容器C構(gòu)成振蕩回路的線圈中,由于磁化率的變化,線圈的電感也要變化,可以用頻率計(jì)測(cè)出振蕩頻率的變化。用這種方法可以測(cè)出任何形狀、任何狀態(tài)下的樣品的臨界溫度,并且若同時(shí)存在有Tc不同相時(shí),其Tc值可以分別測(cè)量出來(lái)。因此可以在一定程度上了解材料內(nèi)部的組織狀態(tài)。
3.超導(dǎo)體性能的測(cè)試