之前的幾種情況(超導陶瓷之三提及)都是在平衡狀態或近似平衡狀態下進行的。而粒子的速度和動量的分配是由溫度來決定的。對于非平衡狀態來說,它們就與溫度無關,而與粒子按動量的分配有關。
對于獲得非平衡狀態有以下幾種方法。光激發:它是用光(包括磁場和激光等)照射超導樣品;中子束激發、非平衡電子激發和電場擊穿等。當超導體受到頻率大大超過其能隙值的電磁場作用后,除了引起組成準粒子外,還會產生附加的準粒子。這種超導狀態對過程準粒子的分配函數的數值和形式是很敏感的,以至于具有一系列本質上的特征。例如,非平衡狀下超導體發生轉變,當由超導態轉變為常導態,不是跳躍式,而是平緩的。在粒子反分配條下,超導態的出現是在兩個電子相互排斥下組成結合態的情況得到的。然而在平衡條件下,電子是通過與聲子作用產生吸引力而構成電子對的。此外,在粒子反分配條件下,超導能隙將大于聲子能的最大值。系統中存在著無衰減的電流,它具有完全的順磁性,電流的符號與平衡件下的電流符號相反。因此,在這種狀態下超導體將具有不呈現出邁斯納效應,而磁場可以進入樣品等的奇特性能。正是由于這種奇特的性能,導致理論分析的結果,使Tc有可能達到1000K。即使不計及粒子反分配情況,對一般的非平衡態,也可能獲得高Tc溫度。
超導理論還有許多,不一一介紹。到現在為止,還不能對超導電性等做出圓滿的解釋。
超導體的性質很多,如表所示。
超導態的電學性質
性質 |
特點 |
完全導電性 |
直流電阻為零,但交流電阻并不為零。載流子是超導電子對,確切的說法直流電阻無限接近于零 |
電阻率 |
趨近于零 |
溫差電動勢 |
趨近于零 |
電流能破壞超導態 |
電流密度超過臨界值Jc時,超導體由超導態轉換為常導態,其實質還是由電流產生的磁場對超導態的破壞,這個現象是超導電工學的重要物理基礎 |
電流的趨表效應 |
超導電流只能沿超導表面流入深表面薄層流動 |
超導態的光學性質
性質 |
特點 |
一般光學性質 |
不發生轉變 |
反射率 |
不發生轉變,能量低于能隙的光子不能被吸收 |
超導態的磁學性質
性質 |
特點 |
完全抗磁性 |
外加磁場,一般情況下不能進入超導體內,只能透入到λL深的表面層內 |
磁場能破壞超導態 |
磁場強度超過臨界值Hc時,超導體由超導態轉變為常導態。這個現象同樣是超導電子學(或超導微電子學)的重要物理基礎 |
存在混合態 |
存在于第二類超導體的兩個臨界磁場Hc1和Hc2之間的狀態,它具有完全導電性的性質,但不具備完全抗磁性的性質 |
存在中間態 |
中間態是一種超導態和常導態在超導體中交替存在的狀態,這種狀態有時也被稱為居間態 |
超導態的熱學性質
性質 |
特點 |
新的相變效應 |
當超導體從超導態到常導態(或反之)的轉變過程中伴隨著吸熱或放熱的產生 |
潛熱 |
當H>0時,在相變過程中發生潛熱,當H=0時,在相變過程中不發生潛熱 |
比熱 |
比熱出現反常,在T=Tc時出現不連續性,存在突變效應 |
溫度破壞超導性 |
溫度超過臨界溫度Tc時,超導體由超導態轉變為常導態,反之則相反,這也是超導電子學的重要物理基礎 |
熱導 |
在磁場中具有不連續性,一般超導態的熱導將變低 |
超導體的其他性質
特點 |
性質 |
晶體結構 |
保持不變 |
形狀大小 |
保持不變 |
彈性 |
要改變 |
對電子束吸收 |
保持不變 |
能隙 |
由費米氣決定,在超導體的電子能譜中,不能存在有電子能量的間隔 |
同位素效應 |
超導體臨界溫度Tc與超導體的同位素質量M有關,Tc隨溫度增加而減小 |
隧道效應 |
分超導電子對隧道效應和常導態準電子隧道效應,它是超導電子學所依據的重要物理效應 |