通常,電流通過導體時,由于存在電阻,不可避免地會有一定的能量損耗。所謂超導體的全導電性(Complete Conductivity)即在超導態(tài)下(臨界溫度以下)電阻為零,電流通過超導體時沒有能量損耗。
超導體的完全抗磁性(Complete Diamagnetism)是指超導體處于外界磁場中,能排斥外界磁場的影響,即外加磁場完全被排除在超導體之外,這種特性也稱為邁斯納效(Meissner Effect)。邁斯納效應的實驗是將處于常導態(tài)的超導樣品放置在磁場中,這時的磁場能進入超導樣品,然后將其冷卻至臨界溫度Tc以下,處于超導態(tài)時,在超導樣品中的磁場就被排斥出來。如果把這個過程反過來,即先把處于常導態(tài)的超導樣品冷卻至超導臨界溫度以下,使其處于超導態(tài),然后將其放入磁場中,這時磁場也被排斥在超導體之外。
如前所示,超導體的性能很多,但表征超導材料的基本參量有:臨界溫度Tc、臨界磁場Hc、臨界電流Ic和磁化強度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)不敏感的超導性能參數(shù)。而Ic對組織結(jié)構(gòu)極為敏感。
在這些基本的參量測試中,臨界溫度Tc的測量十分重要,因此,現(xiàn)只討論臨界溫度Tc的測量。
測量臨界溫度Tc有不同的方法,如電阻法、磁測量法等。測量的方法不同,Tc也會得到不同的結(jié)果。
為了測出Tc,需要精確地進行溫度控制、溫度測量,并準確地測量出超導態(tài)-常導態(tài)轉(zhuǎn)變點。
目前,超導材料的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獲得。
(1)電阻測量法
電阻測量法是基于當樣品進入超導態(tài)時,電阻變?yōu)榱愕囊环N測量方法。樣品一般用線狀或帶狀,同時要求樣品內(nèi)超導相是均質(zhì)的,否則只能測出Tc較高的相的臨界溫度,而Tc較低
的相則測不出來。
(2)磁測量法
當超導材料存在不同的臨界溫度Tc相時,則不能用電阻法來測量Tc,因為在這種情況下,只能測出高Tc相的臨界溫度,而Tc較低的相則測不出來。在這種情況下可以采用磁測量法。
通過磁化率的變化來測量臨界溫度所用的電路是肖洛(Shawlow)電路。
伴隨著常導態(tài)-超導態(tài)轉(zhuǎn)變,樣品從順磁性轉(zhuǎn)變?yōu)榭勾判裕瑯悠返拇呕蕦l(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,可以用頻率計測出振蕩頻率的變化。用這種方法可以測出任何形狀、任何狀態(tài)下的樣品的臨界溫度,并且若同時存在有Tc不同相時,其Tc值可以分別測量出來。因此可以在一定程度上了解材料內(nèi)部的組織狀態(tài)。
3.超導體性能的測試