超导电路｜课本学习笔记｜第1章 超导的基本特征

以下笔记内容为笔者参考书籍《超导电子技术及其应用-官伯然-科学出版社》所写，供读者学习

第1章 超导的基本特征

1.1 超导的基本特征

• 约瑟夫森效应
  • 直流约瑟夫森效应：由于量子力学隧道的作用，可以有库伯对通过两个超导金属中间极薄的绝缘势垒
  • 交流约瑟夫森效应：当势垒两边施加一直流电压V时，伴随以频率为2eV/h的超导交流通过势垒，并且这个频率与连接电路所用的具体材料无关。

1.2 超导的基本电现象

1. 超导体的发现及其临界温度

• 超导体：当冷却到一定温度以下时能进入超导态的材料
• 临界温度：超导体开始失去电阻时的温度

对于常规超导体，由常态到超导态的过渡在一个有限的温度间隔（转变宽度 $ΔT_c$ ）内完成

一般取$T_c$为，样品电阻降至$R_n/2$时的温度，$R_n$为常态下电阻

对于高温超导体，临界温度一般指零电阻温度$T_c$。

2. 临界磁场和临界电流

• 临界磁场：在超导体上的外加磁场超过一定值Hc时，超导体转变为常态。一般取Hc为样品电阻降至Rn/2时对应的磁场。

当T< Tc时，温度T对应的Hc不同

对于一种材料来说，当磁场和温度数值的交点位于 $Hc(T)$ 曲线的上方时（此时 $H(T)>H_c(T)$ )，样品处于常态；当交点位于曲线下方时，样品处于超导态。

• 临界电流：加在超导体上的电流超过一个定值Ic后，超导体转变为常态

3. 迈斯纳效应

• 理想导体

在理想导体中，不能存在电场，因此有$\mathit{E}= 0$ 因此由法拉第感应定律，得到 $\nabla \times E=\frac{\partial B}{\partial t}=0$

也就是说，理想导体中的磁感应强度不随时间变化

左图：
如果一导体在没有外加磁场的情况下进入超导态 (b) ，此时导体内部磁场为零，然后施加外磁场 (c) ，超导态下的理想导体感应出的表面电流（屏蔽电流 $i$ 产生的磁场 $B_i$ 与外加磁场 $B_a$ 抵消，导体内的磁场仍为零。

右图：
假定有小于导体临界磁场 $H_c$ 的外加磁场 $H_a$ 在转变温度以上先加于导体上 (e)，此时内部磁场和外部磁场近乎相同，然后冷却使导体进入超导态 (f)，由理想导体的磁性质可知，理想导体内部磁通的分布保持不变。

• 超导体

左图：
超导体在无外加磁场的情况下冷却至超导态.

右图：
导体在施加外磁场情况下被冷却到 $T< T_c$ 呈超导态后，其内部磁场与理想导体不同。由迈斯纳效应可知，当冷却到 $T_c$ 以下导体变成超导态时，超导体内的磁场立即排出，

迈斯纳效应（完全抗磁性）：
不管加磁场的次序如何，超导体内磁场感应强度总是等于零，它与施加磁场的历史无关。

百度结果：超导体和理想导体的最大区别就是迈斯纳效应