一切源于对低温的探索

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1、一切源于对低温的探索一切源于对低温的探索奇异的低温世界奇异的低温世界 超导与超流超导与超流119世纪热力学的发展世纪热力学的发展热力学第一定律第一类永动机不可能实现能量是守恒的热力学第二定律第二类永动机不可能能量是自然流动是有方向的219世纪末的达到的低温世纪末的达到的低温3关键人物关键人物昂内斯昂内斯荷兰莱登实验室，在卡末林 昂内斯的领导下于1908年液化了氦气。4.25K 1.15K4低温下低温下Hg的电学特性的电学特性电阻突变0K5超导体与完全导体超导体与完全导体 电导率无穷大 导体内电场为0 导体内磁场无变化6两种次序两种次序先降温 再加磁场先加磁场 再降温7迈斯纳效应迈斯纳效应超导体

2、具有完全抗磁性，不存在先后顺序的差别。超导体 不等于 完全导体8临界磁场与临界电流临界磁场与临界电流9临界磁场与临界电流临界磁场与临界电流简单公式推导10高温超导高温超导 1986 年 10 月，柏诺兹等人提出了他们在 Ba-La-Cu-O 系统中获得了 Tc 为 33K 左右的报道。同年 12 月 15 日，休斯顿大学报告了在处于压力下的 La-Ba-Cu-O 化合物体系中获得 40.2K的超导转变。同年 12 月 26 日，中科院物理研究所宣布，他们成功地获得转变温度 48.6K 的超导材料。到 1987 年 2 月 16 日。朱经武的试验小组在 92K 处观察到了超导转变。同年 2 月

3、24 日，中科院物理研究所赵忠贤领导的研究集体宣布，液氮温区超导体起始转变温度在 100K 左右。这时期超导临界温度突破液氮沸点 77K大关，对人类具有划时代的意义。11高温超导高温超导12有机超导有机超导13氦的超流氦的超流 氦一 与 氦二14氦的超流氦的超流15宏观量子效应宏观量子效应宏观量子现象是指在超低温等某些特殊条件下，由大量粒子组成的宏观系统呈现出的整体量子现象。宏观物体由服从量子物理规律的微观粒子组成，但其空间尺度远大于微观粒子的德布罗意波长，故微观粒子的量子特性(波动性)被掩盖掉了。 16宏观量子效应宏观量子效应通常条件下，宏观物体整体上并不显示出量子效应，然而，在低温或粒子密

4、度变大等特殊条件下，宏观物体微观组分的量子特性会互相影响而增强，通过长程关联进入能量较低的状态，整体表现出奇特的量子性质。例如，原子气体的玻色-爱因斯坦凝聚、超流性、超导性和约瑟夫森效应等都是宏观量子现象。17宏观量子效应宏观量子效应在实现稀薄原子气体的玻色-爱因斯坦凝聚之前，典型的玻色-爱因斯坦凝聚现象是液氦超流性现象。与稀薄原子气体不同的是，超流体中存在复杂的相互作用，因此，必须仔细区分这类凝聚现象是相互作用造成的，还是由于全同粒子的统计效应引起的。氦4气体在4.2开时变成液体，再降低至2.17开时，会突然变成没有黏滞性的超流体。温度低于这一临界点的液氦相称为氦相，高于这一临界点的液氦相为

5、氦相。18宏观量子效应宏观量子效应科学界曾认为，由2个质子和2个中子形成的氦4原子核加上核外2个电子组成的氦4原子，是复合的玻色子。理论上预言玻色-爱因斯坦凝聚发生在3.1开处，同实验测得的2.17开相近。19401941年，苏联理论物理学家朗道提出了氦相超流性的量子理论，认为氦相存在比基态能量高的激发态，称为元激发，它具有一定能量、质量和速度，因而可用“准粒子”来描述，是因相互作用或热运动从基态激起的集体运动模式。19宏观量子效应宏观量子效应朗道认为，基态代表超流体，准粒子代表正常流体。在绝对零度时，不存在准粒子；温度低于临界点时，超流体中有两类准粒子(声子和旋子)，它们都是理想玻色气体；温度处于临界点时，发生玻色-爱因斯坦凝聚；温度超过临界点时，液氦是正常液体，这就是氦相。用长波长的中子散射氦研究准粒子的能量与速度的关系，证实了朗道的理论。20