【PE導電】導電性及其理論是什么？

時間：2021-09-12

**導電性

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**導特性，具有這種性質(zhì)的物體稱為**導體。

19世紀熱學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，荷蘭科學家昂尼斯**成功地實現(xiàn)了氦的液化。在一個大氣壓下氦的沸點為4.2K。于是他進一步在這一低溫區(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**導電性。自那時以來，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**導電性。

**導體的基本性質(zhì)：**導體的基本性質(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。

**導體由正常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)?*導態(tài)的溫度稱為臨界溫度。各種**導元素的臨界溫度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，**導體還存在臨界磁場Hc和臨界電流密度Jc。

**導體較顯著的特點是它的電阻為零。利用磁通量變化使由**導材料制作的環(huán)內(nèi)產(chǎn)生感應電流。實驗發(fā)現(xiàn)，這種電流會無衰減地持續(xù)很長時間。

通過這類實驗測得的樣品鉛的電阻率為室溫的1/1017。這表明**導體的電阻率確實為零。

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

**導電性的理論

**導電性發(fā)現(xiàn)后，許多科學家作了長期努力，探索**導電性的機制，建立**導電性理論，解釋**導電性的各種現(xiàn)象及其特性。

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

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

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

金屬電阻的起源可簡單地解釋為：作定向移遷運動的電子受到晶格點陣的散射，這是一種使電子定向遷移運動趨于混亂的傾向，于是單位時間內(nèi)通過導線橫截面的電量將減小，電子的定向遷移運動顯示出其受到阻力?，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，而是形成庫珀對，庫珀對與晶格之間不再存在相互作用，它相當于**導電性兩流體模型中的**導電子，因此它的運動將不受到任何阻力。這就是**導電性產(chǎn)生的原因。

兩個動量和自旋都相反的電子形成庫珀對后向外釋放了結(jié)合能，因此其能量比兩電子分離時低。費米面附近的電子兩兩配對后，將會改變原來電子能譜結(jié)構(gòu)。結(jié)果在連續(xù)能帶下面，會出現(xiàn)一單獨能級，稱為“**導基態(tài)”，它代表結(jié)合成電子對的狀態(tài)。**導基態(tài)與連續(xù)能帶之間的間隔Δ稱為**導體的“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，費米面附近的電子全部結(jié)合成庫珀對，此時Δ為較大；當溫度稍升高時，由于熱激發(fā)，一些庫珀對解體而成單個電子，Δ將減??；當溫度達到某個值Tc時，庫珀對全部消失，Δ變?yōu)榱?，此時**導態(tài)便轉(zhuǎn)變?yōu)檎B(tài)。Tc就是**導體的轉(zhuǎn)變溫度。

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詞條
詞條說明
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