
【计】 superconducting film; superconducting thin film
1. 术语定义
指厚度在纳米至微米尺度(通常 ≤1 μm)的超导材料层,可在特定临界温度(Tc)、临界磁场(Hc)和临界电流密度(Jc)下实现零电阻和完全抗磁性(迈斯纳效应)。
2. 核心特性与制备技术
磁控溅射(如Nb3Sn薄膜)、脉冲激光沉积(PLD,用于高温超导膜)、分子束外延(MBE)等,需精确控制晶格匹配与界面缺陷。
3. 应用领域
4. 权威参考文献
链接:http://iop.cas.cn/kxcb/kpwz/201307/t20130722_3902018.html
5. 理论补充(BCS理论简化表述)
超导态由库珀对(Cooper pairs)形成,其能隙能量满足:
$$
Delta(T) approx 1.76 , k_B T_c sqrt{1 - frac{T}{T_c}}
$$
其中 $Delta$ 为超导能隙,$k_B$ 为玻尔兹曼常数。
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超导薄膜是通过蒸发、喷涂等技术在基体表面沉积形成的超导材料薄膜(厚度通常小于1微米)。其核心特性与普通块状超导体存在显著差异,具体表现为:
1. 零电阻特性 当温度低于临界温度时,电流在薄膜中流动不会产生能量损耗。这一特性使其适用于高效输电线路和超导量子器件。
2. 迈斯纳效应 薄膜会完全排斥外部磁场,表现为完全抗磁性。该特性在磁共振成像(MRI)和粒子加速器等高磁场场景中具有重要应用价值。
3. 尺寸效应 • 临界尺寸公式:$$d_K = frac{sqrt{5}delta_0}{2} approx 1.12delta_0$$($delta_0$为大样品的弱场穿透深度) • 当薄膜厚度小于10纳米时,临界转变温度会显著下降;磁场穿透深度与薄膜厚度的比值会影响抗磁性表现。
4. 材料分类 分为低温(如Pb、Nb等金属合金)和高温(如铜氧化物)两类超导薄膜,后者具有更高的实用化潜力。
应用领域:微电子器件(如超导量子干涉仪)、大电流功率设备、电磁屏蔽装置以及新能源传输系统。当前研究重点在于提升高温超导薄膜的稳定性和规模化制备技术。
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