【PE導(dǎo)電】導(dǎo)電性及其理論是什么？

時(shí)間：2021-09-12

**導(dǎo)電性

某些物質(zhì)在一定溫度以下呈現(xiàn)電阻等于零的性質(zhì)，被稱為**導(dǎo)特性，具有這種性質(zhì)的物體稱為**導(dǎo)體。

19世紀(jì)熱學(xué)理論的研究促使絕熱膨脹等獲得低溫的技術(shù)得到了飛速發(fā)展。1908年，荷蘭科學(xué)家昂尼斯**成功地實(shí)現(xiàn)了氦的液化。在一個(gè)大氣壓下氦的沸點(diǎn)為4.2K。于是他進(jìn)一步在這一低溫區(qū)考察了多種**屬的電阻率。1911年，他發(fā)現(xiàn)汞（Hg）樣品的電阻率突然降到零的現(xiàn)象，并將汞的這種性質(zhì)稱為**導(dǎo)電性。自那時(shí)以來(lái)，至今人們已發(fā)現(xiàn)在正常壓力下有28種元素、5000余種合金和化合物具有**導(dǎo)電性。

**導(dǎo)體的基本性質(zhì)：**導(dǎo)體的基本性質(zhì)主要表現(xiàn)為它的臨界溫度，以及它的零電阻性和完全抗磁性。

**導(dǎo)體由正常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)?*導(dǎo)態(tài)的溫度稱為臨界溫度。各種**導(dǎo)元素的臨界溫度Tc都很低（＜10K），其中較高的是鈮（Nb），Tc=9.26K；較低的是銠（Rb），Tc=0.0002K（外推值）。**導(dǎo)合金和化合物的臨界溫度高些，其中較高的是鈮三鍺（Nb3Ge），Tc=23.2K。除了臨界溫度外，**導(dǎo)體還存在臨界磁場(chǎng)Hc和臨界電流密度Jc。

**導(dǎo)體較顯著的特點(diǎn)是它的電阻為零。利用磁通量變化使由**導(dǎo)材料制作的環(huán)內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，這種電流會(huì)無(wú)衰減地持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間。

通過這類實(shí)驗(yàn)測(cè)得的樣品鉛的電阻率為室溫的1/1017。這表明**導(dǎo)體的電阻率確實(shí)為零。

完全抗磁性是**導(dǎo)體的另一個(gè)基本特性。材料處于**導(dǎo)態(tài)時(shí)，體內(nèi)磁場(chǎng)恒等于零。這一性質(zhì)由邁斯納等人于1933年首先發(fā)現(xiàn)。所以**導(dǎo)體的這種排斥磁場(chǎng)線的現(xiàn)象又稱為邁斯納效應(yīng)。

**導(dǎo)電性的理論

**導(dǎo)電性發(fā)現(xiàn)后，許多科學(xué)家作了長(zhǎng)期努力，探索**導(dǎo)電性的機(jī)制，建立**導(dǎo)電性理論，解釋**導(dǎo)電性的各種現(xiàn)象及其特性。

**導(dǎo)電性理論的建立可以區(qū)分為兩個(gè)階段：唯象理論和微觀**理論（BCS理論）。

“**導(dǎo)電性的兩流體模型”是一種唯象理論。這個(gè)理論認(rèn)為，**導(dǎo)體中有兩類傳導(dǎo)電子：正常電子和**導(dǎo)電子。前者與普遍金屬中的導(dǎo)電電子相同，遵從歐姆定律；后者在運(yùn)動(dòng)時(shí)不受任何阻力。以后，人們又建立了“倫敦方程”（1935）和“京茨堡—朗道方程”（1950），并以這些方程來(lái)描述**導(dǎo)電子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，獲得了一定的成功，預(yù)言了某些其后為實(shí)驗(yàn)所證實(shí)的**導(dǎo)現(xiàn)象。例如這些理論預(yù)言，磁場(chǎng)在**導(dǎo)體內(nèi)部為零；但在**導(dǎo)體表面處，磁場(chǎng)將隨深度按指數(shù)規(guī)律衰減，穿透深度λ的數(shù)量級(jí)約為10-6厘米。因此當(dāng)**導(dǎo)體樣品尺寸與λ可比擬時(shí)，它不再具有完全抗磁性。

1957年建立的BCS理論是目前公認(rèn)的能夠闡明**導(dǎo)電性產(chǎn)生的原因及其特性的微觀理論。1950年，物理學(xué)家弗羅利希利用當(dāng)時(shí)剛剛建立并完善的**場(chǎng)理論，發(fā)現(xiàn)金屬中的電子交換聲子（晶格振動(dòng)能量**）可產(chǎn)生吸引作用。1956年，美國(guó)物理學(xué)家?guī)扃陱睦碚撋项A(yù)言，在費(fèi)米面附近動(dòng)量相反自旋也相反的兩個(gè)電子之間，這種弗羅利希作用特別強(qiáng)，甚至**過此時(shí)它們之間的庫(kù)侖排斥作用，因此可能形成電子對(duì)——庫(kù)珀對(duì)。*二年，巴丁、庫(kù)珀和施里弗利用庫(kù)珀對(duì)觀念建立了完整的**導(dǎo)**理論。

金屬電阻的起源可簡(jiǎn)單地解釋為：作定向移遷運(yùn)動(dòng)的電子受到晶格點(diǎn)陣的散射，這是一種使電子定向遷移運(yùn)動(dòng)趨于混亂的傾向，于是單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)線橫截面的電量將減小，電子的定向遷移運(yùn)動(dòng)顯示出其受到阻力?，F(xiàn)在，弗羅利希相互作用表明，電子與晶格的相互作用在一定條件下不再引起電子的散射，而是形成庫(kù)珀對(duì)，庫(kù)珀對(duì)與晶格之間不再存在相互作用，它相當(dāng)于**導(dǎo)電性兩流體模型中的**導(dǎo)電子，因此它的運(yùn)動(dòng)將不受到任何阻力。這就是**導(dǎo)電性產(chǎn)生的原因。

兩個(gè)動(dòng)量和自旋都相反的電子形成庫(kù)珀對(duì)后向外釋放了結(jié)合能，因此其能量比兩電子分離時(shí)低。費(fèi)米面附近的電子兩兩配對(duì)后，將會(huì)改變?cè)瓉?lái)電子能譜結(jié)構(gòu)。結(jié)果在連續(xù)能帶下面，會(huì)出現(xiàn)一單獨(dú)能級(jí)，稱為“**導(dǎo)基態(tài)”，它代表結(jié)合成電子對(duì)的狀態(tài)。**導(dǎo)基態(tài)與連續(xù)能帶之間的間隔Δ稱為**導(dǎo)體的“能隙”，其值與材料微觀結(jié)構(gòu)的性質(zhì)以及溫度等因素有關(guān)。在**零度時(shí)，費(fèi)米面附近的電子全部結(jié)合成庫(kù)珀對(duì)，此時(shí)Δ為較大；當(dāng)溫度稍升高時(shí)，由于熱激發(fā)，一些庫(kù)珀對(duì)解體而成單個(gè)電子，Δ將減??；當(dāng)溫度達(dá)到某個(gè)值Tc時(shí)，庫(kù)珀對(duì)全部消失，Δ變?yōu)榱?，此時(shí)**導(dǎo)態(tài)便轉(zhuǎn)變?yōu)檎B(tài)。Tc就是**導(dǎo)體的轉(zhuǎn)變溫度。

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詞條
詞條說(shuō)明
【PEI樹脂黑色】PEI塑料有什么性能
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