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超導(dǎo)體
某一溫度下電阻為零的導(dǎo)體
超導(dǎo)體（英文名：superconductor），又稱(chēng)為超導(dǎo)材料，指在某一溫度下，電阻為零的導(dǎo)體。在實(shí)驗(yàn)中，若導(dǎo)體電阻的測(cè)量值低于10負(fù)25次方歐，可以認(rèn)為電阻為零。
超導(dǎo)體不僅具有零電阻的特性，另一個(gè)重要特征是完全抗磁性。
人類(lèi)最初發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)體是在1911年，這一年荷蘭科學(xué)家?？恕た┝帧ぐ簝?nèi)斯（Heike Kamerlingh Onnes）等人發(fā)現(xiàn)，汞在極低的溫度下，其電阻消失，呈超導(dǎo)狀態(tài)。此后超導(dǎo)體的研究日趨深入，一方面，多種具有實(shí)用潛力的超導(dǎo)材料被發(fā)現(xiàn)，另一方面，對(duì)超導(dǎo)機(jī)理的研究也有一定進(jìn)展。
目前，超導(dǎo)體已經(jīng)進(jìn)行了一系列試驗(yàn)性應(yīng)用，并且開(kāi)展了一定的軍事、商業(yè)應(yīng)用，在通信領(lǐng)域可以作為光子晶體的缺陷材料。
背景
超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)與低溫研究密不可分。在18世紀(jì)，由于低溫技術(shù)的限制，人們認(rèn)為存在不能被液化的“永久氣體”，如氫氣、氦氣等。1898年，英國(guó)物理學(xué)家杜瓦制得液氫。1908年，荷蘭萊頓大學(xué)萊頓低溫實(shí)驗(yàn)室的卡末林·昂內(nèi)斯教授成功將最后一種“永久氣體”——氦氣液化，并通過(guò)降低液氦蒸汽壓的方法，獲得1.15~4.25K的低溫。低溫研究的突破，為超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。
在19世紀(jì)末20世紀(jì)初，對(duì)金屬的電阻在絕對(duì)零度附近的變化情況，有不同的說(shuō)法。一種觀點(diǎn)認(rèn)為純金屬的電阻應(yīng)隨溫度的降低而降低，并在絕對(duì)零度時(shí)消失。另一種觀點(diǎn)，以威廉·湯姆遜（開(kāi)爾文男爵）為代表，認(rèn)為隨著溫度的降低，金屬的電阻在達(dá)到一極小值后，會(huì)由于電子凝聚到金屬原子上而變?yōu)闊o(wú)限大。
1911年2月，掌握了液氦和低溫技術(shù)的卡末林·昂尼斯發(fā)現(xiàn)，在4.3K以下，鉑的電阻保持為一常數(shù)，而不是通過(guò)一極小值后再增大。因此卡末林·昂尼斯認(rèn)為純鉑的電阻應(yīng)在液氦溫度下消失。為了驗(yàn)證這種猜想，卡末林·昂尼斯選擇了更容易提純的汞作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。首先，卡末林·昂尼斯將汞冷卻到零下40℃，使汞凝固成線(xiàn)狀；然后利用液氦將溫度降低至4.2K附近，并在汞線(xiàn)兩端施加電壓；當(dāng)溫度稍低于4.2K時(shí)，汞的電阻突然消失，表現(xiàn)出超導(dǎo)狀態(tài)。
基本特性
完全導(dǎo)電性
完全電導(dǎo)性適用于直流電，超導(dǎo)體在處于交變電流或交變磁場(chǎng)的情況下，會(huì)出現(xiàn)交流損耗，且頻率越高，損耗越大。交流損耗是超導(dǎo)體實(shí)際應(yīng)用中需要解決的一個(gè)重要問(wèn)題，在宏觀上，交流損耗由超導(dǎo)材料內(nèi)部產(chǎn)生的感應(yīng)電場(chǎng)與感生電流密度不同引起；在微觀上，交流損耗由量子化磁通線(xiàn)粘滯運(yùn)動(dòng)引起。交流損耗是表征超導(dǎo)材料性能的一個(gè)重要參數(shù)，如果交流損耗能夠降低，則可以降低超導(dǎo)裝置的制冷費(fèi)用，提高運(yùn)行的穩(wěn)定性。
完全抗磁性
完全抗磁性又稱(chēng)邁斯納效應(yīng)，“抗磁性”指在磁場(chǎng)強(qiáng)度低于臨界值的情況下，磁力線(xiàn)無(wú)法穿過(guò)超導(dǎo)體，超導(dǎo)體內(nèi)部磁場(chǎng)為零的現(xiàn)象，“完全”指降低溫度達(dá)到超導(dǎo)態(tài)、施加磁場(chǎng)兩項(xiàng)操作的順序可以顛倒。完全抗磁性的原因是，超導(dǎo)體表面能夠產(chǎn)生一個(gè)無(wú)損耗的抗磁超導(dǎo)電流，這一電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)，抵消了超導(dǎo)體內(nèi)部的磁場(chǎng)。
超導(dǎo)體電阻為零的特性為人們所熟知，但超導(dǎo)體并不等同于理想導(dǎo)體。從電磁理論出發(fā)，可以推導(dǎo)出如下結(jié)論：若先將理想導(dǎo)體冷卻至低溫，再置于磁場(chǎng)中，理想導(dǎo)體內(nèi)部磁場(chǎng)為零；但若先將理想導(dǎo)體置于磁場(chǎng)中，再冷卻至低溫，理想導(dǎo)體內(nèi)部磁場(chǎng)不為零。對(duì)于超導(dǎo)體而言，降低溫度達(dá)到超導(dǎo)態(tài)、施加磁場(chǎng)這兩種操作，無(wú)論其順序如何，超導(dǎo)體超導(dǎo)體內(nèi)部磁場(chǎng)始終為零，這是完全抗磁性的核心，也是超導(dǎo)體區(qū)別于理想導(dǎo)體的關(guān)鍵。
通量量子化
通量量子化又稱(chēng)約瑟夫森效應(yīng)，指當(dāng)兩層超導(dǎo)體之間的絕緣層薄至原子尺寸時(shí)，電子對(duì)可以穿過(guò)絕緣層產(chǎn)生隧道電流的現(xiàn)象，即在超導(dǎo)體（superconductor）—絕緣體（insulator）—超導(dǎo)體（superconductor）結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生超導(dǎo)電流。
約瑟夫森效應(yīng)分為直流約瑟夫森效應(yīng)和交流約瑟夫森效應(yīng)。直流約瑟夫森效應(yīng)指電子對(duì)可以通過(guò)絕緣層形成超導(dǎo)電流。交流約瑟夫森效應(yīng)指當(dāng)外加直流電壓達(dá)到一定程度時(shí)，除存在直流超導(dǎo)電流外，還存在交流電流，將超導(dǎo)體放在磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)透入絕緣層，超導(dǎo)結(jié)的最大超導(dǎo)電流隨外磁場(chǎng)大小作有規(guī)律的變化。
臨界參數(shù)
超導(dǎo)體具有三個(gè)臨界參數(shù)：臨界轉(zhuǎn)變溫度Tc、臨界磁場(chǎng)強(qiáng)度Hc、臨界電流密度Jc。當(dāng)超導(dǎo)體同時(shí)處于三個(gè)臨界條件內(nèi)時(shí)，才顯示出超導(dǎo)性。
（1）臨界轉(zhuǎn)變溫度Tc：當(dāng)溫度低于臨界轉(zhuǎn)變溫度Tc時(shí)，材料處于超導(dǎo)態(tài)；超過(guò)臨界轉(zhuǎn)變溫度Tc，超導(dǎo)體由超導(dǎo)態(tài)恢復(fù)為正常狀態(tài)。
（2）臨界磁場(chǎng)強(qiáng)度Hc：當(dāng)外界磁場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)臨界磁場(chǎng)強(qiáng)度Hc時(shí)，超導(dǎo)體由超導(dǎo)體恢復(fù)為正常狀態(tài)。臨界磁場(chǎng)強(qiáng)度Hc與溫度有關(guān)，關(guān)系式如下：
（3）臨界電流密度Jc：當(dāng)通過(guò)超導(dǎo)體的電流密度超過(guò)臨界電流密度Jc時(shí)，超導(dǎo)體由超導(dǎo)體恢復(fù)為正常狀態(tài)。臨界電流密度Jc與溫度、磁場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)。
理論解釋
為闡明超導(dǎo)體的機(jī)理，科學(xué)家提出了多種理論，包括：1935年提出的，用于描述超導(dǎo)電流與弱磁場(chǎng)關(guān)系的London方程；1950~1953年提出的，用于完善London方程的Pippard理論；1950年提出的，用于描述超導(dǎo)電流與強(qiáng)磁場(chǎng)（接近臨界磁場(chǎng)強(qiáng)度）關(guān)系的GL（Ginzburg-Landau）理論；1957年提出的，從微觀機(jī)制上解釋第一類(lèi)超導(dǎo)體的BCS（Bardeen-Cooper-Schrieffer）理論等。其中比較重要的理論有BCS理論、GL理論。
BCS理論
BCS理論是以近自由電子模型為基礎(chǔ)，以弱電子－聲子相互作用為前提建立的理論。理論的提出者是巴丁（J.Bardeen）、庫(kù)珀（L.V.Cooper）、施里弗（J.R.Schrieffer）。
BCS理論認(rèn)為，金屬中自旋和動(dòng)量相反的電子可以配對(duì)形成庫(kù)珀對(duì)，庫(kù)珀對(duì)在晶格當(dāng)中可以無(wú)損耗的運(yùn)動(dòng)，形成超導(dǎo)電流。對(duì)于庫(kù)珀對(duì)產(chǎn)生的原因，BCS理論做出了如下解釋?zhuān)弘娮釉诰Ц裰幸苿?dòng)時(shí)會(huì)吸引鄰近格點(diǎn)上的正電荷，導(dǎo)致格點(diǎn)的局部畸變，形成一個(gè)局域的高正電荷區(qū)。這個(gè)局域的高正電荷區(qū)會(huì)吸引自旋相反的電子，和原來(lái)的電子以一定的結(jié)合能相結(jié)合配對(duì)。在很低的溫度下，這個(gè)結(jié)合能可能高于晶格原子振動(dòng)的能量，這樣，電子對(duì)將不會(huì)和晶格發(fā)生能量交換，沒(méi)有電阻，形成超導(dǎo)電流。
BCS理論很好地從微觀上解釋了第一類(lèi)超導(dǎo)體存在的原因，理論的提出者巴丁、庫(kù)珀、施里弗因此獲得1972年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。但BCS理論無(wú)法解釋第二類(lèi)超導(dǎo)體存在的原因，尤其是根據(jù)BCS理論得出的麥克米蘭極限溫度（超導(dǎo)體的臨界轉(zhuǎn)變溫度不能高于40K），早已被第二類(lèi)超導(dǎo)體突破。
GL理論
GL理論的提出是基于以下考慮：當(dāng)外界磁場(chǎng)強(qiáng)度接近超導(dǎo)體的臨近磁場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)，超導(dǎo)體的電流不服從線(xiàn)性規(guī)律，且超導(dǎo)體的零點(diǎn)振動(dòng)能不可忽略。
GL理論的最大貢獻(xiàn)在于預(yù)見(jiàn)了第二類(lèi)超導(dǎo)體的存在。從GL理論出發(fā)，可以引出表面能κ的概念。當(dāng)超導(dǎo)體的表面能κ大于根號(hào)二分之一時(shí)，為第一類(lèi)超導(dǎo)體；當(dāng)超導(dǎo)體的表面能k小于根號(hào)二分之一時(shí)，為第二類(lèi)超導(dǎo)體。
分類(lèi)
超導(dǎo)體的分類(lèi)方法有以下幾種：
（1）根據(jù)材料對(duì)于磁場(chǎng)的響應(yīng)：第一類(lèi)超導(dǎo)體和第二類(lèi)超導(dǎo)體。從宏觀物理性能上看，第一類(lèi)超導(dǎo)體只存在單一的臨界磁場(chǎng)強(qiáng)度；第二類(lèi)超導(dǎo)體有兩個(gè)臨界磁場(chǎng)強(qiáng)度值，在兩個(gè)臨界值之間，材料允許部分磁場(chǎng)穿透材料。從理論上看，如上文“理論解釋”中的GL理論所言，參數(shù)κ是劃分兩類(lèi)超導(dǎo)體的標(biāo)準(zhǔn)。
在已發(fā)現(xiàn)的元素超導(dǎo)體中，第一類(lèi)超導(dǎo)體占大多數(shù)，只有釩、鈮、锝屬于屬于第二類(lèi)超導(dǎo)體；但很多合金超導(dǎo)體和化合物超導(dǎo)體都屬于第二類(lèi)超導(dǎo)體。
（2）根據(jù)解釋理論：傳統(tǒng)超導(dǎo)體（可以用BCS理論或其推論解釋?zhuān)┖头莻鹘y(tǒng)超導(dǎo)體（不能用BCS理論解釋?zhuān)?/span>
（3）根據(jù)臨界溫度：高溫超導(dǎo)體和低溫超導(dǎo)體。高溫超導(dǎo)體通常指臨界溫度高于液氮溫度（大于77K）的超導(dǎo)體，低溫超導(dǎo)體通常指臨界溫度低于液氮溫度（小于77K）的超導(dǎo)體。
發(fā)展史
20世紀(jì)中前期
1911年，荷蘭科學(xué)家卡末林—昂內(nèi)斯用液氦冷卻汞，當(dāng)溫度下降到4.2K（﹣268.95℃）時(shí)，汞的電阻完全消失，卡末林將這種現(xiàn)象稱(chēng)為超導(dǎo)電性?？┝忠虼双@得1913年諾貝爾獎(jiǎng)。
1933年，邁斯納和奧克森菲爾德兩位科學(xué)家發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)體的完全抗磁性，后人稱(chēng)之為“邁斯納效應(yīng)”。
超導(dǎo)體
1962年，劍橋大學(xué)研究生約瑟夫森在理論上預(yù)言，電子能通過(guò)兩塊超導(dǎo)體之間薄絕緣層，在不到一年的時(shí)間內(nèi)，安德森和羅厄耳等人從實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了約瑟夫森的預(yù)言。這一重要發(fā)現(xiàn)為超導(dǎo)體中電子對(duì)運(yùn)動(dòng)提供了證據(jù)，使對(duì)超導(dǎo)現(xiàn)象本質(zhì)的認(rèn)識(shí)更加深入。約瑟夫森效應(yīng)成為微弱電磁信號(hào)探測(cè)和其他電子學(xué)應(yīng)用的基礎(chǔ)。
20世紀(jì)70年代
1979年，在日本的試驗(yàn)鐵路——宮崎線(xiàn)上，超導(dǎo)列車(chē)成功地進(jìn)行了載人可行性試驗(yàn)，時(shí)速達(dá)517千米。
20世紀(jì)80年代
1980年，丹麥的Bechgaard等人合成出第一個(gè)有機(jī)超導(dǎo)體(TMTSF)2PF6。
1986年，繆勒和柏諾茲發(fā)現(xiàn)一種成分為鋇、鑭、銅、氧的陶瓷性金屬氧化物L(fēng)aBaCuO4具有高溫超導(dǎo)性，臨界溫度可達(dá)35K（﹣240.15℃）。由于陶瓷性金屬氧化物通常是絕緣物質(zhì)，因此這個(gè)發(fā)現(xiàn)的意義很大，繆勒和柏諾茲因此而榮獲了1987年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。此后，高溫超導(dǎo)的研究迅速發(fā)展。
1987年，美國(guó)華裔科學(xué)家、休斯頓大學(xué)教授朱經(jīng)武以及中國(guó)科學(xué)家趙忠賢相繼研制出釔－鋇－銅－氧系材料，臨界超導(dǎo)溫度提高到90K（﹣185.15℃）以上，打破液氮的“溫度壁壘”（77K）。
1987年底，發(fā)現(xiàn)鉈－鋇－鈣－銅－氧系材料的臨界溫度達(dá)125K（﹣150.15℃）。從1986－1987年的短短一年多的時(shí)間里，臨界超導(dǎo)溫度提高了近100K。
1988年，日本日立制作所發(fā)現(xiàn)，汞系超導(dǎo)材料的臨界溫度達(dá)135K，在高壓條件下，其臨界溫度將能達(dá)到164K。
20世紀(jì)90年代
1991年3月，日本住友電氣工業(yè)公司展示了世界上第一個(gè)超導(dǎo)磁體。
1991年10月，日本原子能研究所和東芝公司共同研制成以鈮、錫化合物制作的核聚變堆用超導(dǎo)線(xiàn)圈。該線(xiàn)圈電流密度達(dá)到每平方毫米40安培，為過(guò)去的3倍多。
1996年，歐洲電纜巨頭皮雷利電纜公司、美國(guó)超導(dǎo)體公司和舊金山的電力研究所共同制成第一條地下高溫超導(dǎo)輸電電纜，電纜長(zhǎng)6000米，由纏繞鉍－鍶－鈣－銅－氧系超導(dǎo)材料的液氮空管制成。
1999年，德國(guó)普朗克研究所的Bernhard等人發(fā)現(xiàn)，釕銅化合物RuSr2GdCu2O8-δ同時(shí)具有超導(dǎo)性和鐵磁有序性，其超導(dǎo)臨界溫度為15~40K，鐵磁性轉(zhuǎn)變溫度為133~136K。由于該化合物同時(shí)具有超導(dǎo)性和鐵磁有序性，在計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)上有較大應(yīng)用潛力。
21世紀(jì)初
2004年1月29日，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院和美國(guó)科羅拉多大學(xué)的科學(xué)家組成的聯(lián)合研究小組提出一種新的物質(zhì)形態(tài)——費(fèi)米子凝聚態(tài)（fermionic condensate），并預(yù)言它將幫助人類(lèi)做出下一代超導(dǎo)體。
2006年，日本東京工業(yè)大學(xué)細(xì)野秀雄（Hideo Hosono）教授合成以鐵為超導(dǎo)主體的化合物L(fēng)aFeOP，開(kāi)創(chuàng)了對(duì)鐵基超導(dǎo)體的研究。
2012年9月，德國(guó)萊比錫大學(xué)發(fā)現(xiàn)石墨顆粒能在室溫下表現(xiàn)出超導(dǎo)性。
研究表示
銅氧超導(dǎo)體
銅氧超導(dǎo)體是最早發(fā)現(xiàn)的高溫超導(dǎo)體，20世紀(jì)八十年代繆勒、柏諾茲合成的鋇－鑭－銅－氧系高溫超導(dǎo)體和朱經(jīng)武、趙忠賢合成的釔－鋇－銅－氧系高溫超導(dǎo)體均屬于此范疇。
目前，對(duì)銅氧超導(dǎo)體的研究呈現(xiàn)以下趨勢(shì)：首先，銅氧超導(dǎo)體已經(jīng)較為成熟，如由鉈－鋇－鈣－銅－氧超導(dǎo)薄膜制成的裝置，已應(yīng)用于移動(dòng)電話(huà)的發(fā)射塔，以增加容量，減少斷線(xiàn)和外界干擾。其次，銅氧超導(dǎo)體的基礎(chǔ)研究處在瓶頸階段，轉(zhuǎn)變溫度一直以來(lái)不能突破164K。再次，對(duì)銅氧超導(dǎo)體的機(jī)理研究有所進(jìn)展，如2002年，德國(guó)、法國(guó)和俄羅斯的科學(xué)家利用中子散射技術(shù)，在單銅氧層Tl2Ba2CuO6+δ中觀察到磁共振，有助于對(duì)探明銅氧化物超導(dǎo)體的機(jī)理。
鐵基超導(dǎo)體
自從2006年發(fā)現(xiàn)鐵基超導(dǎo)體以來(lái)，對(duì)鐵基超導(dǎo)體日趨深入，比較突出的成果有：2008年，日本科學(xué)家細(xì)野秀雄發(fā)現(xiàn)摻雜F的LaFeOP超導(dǎo)體具有26K的臨界溫度；2008年，中國(guó)科學(xué)家趙忠賢、陳仙輝、王楠林、聞?；ⅰ?/span>方忠發(fā)現(xiàn)臨界溫度達(dá)43K的SmFeAs1-xFx超導(dǎo)體和臨界溫度達(dá)55K的ReFeAs1-xFx超導(dǎo)體，在鐵基超導(dǎo)體的領(lǐng)域首次突破40K的麥克米蘭極限溫度。
鐵基超導(dǎo)體之所以受到關(guān)注，原因有兩點(diǎn)：其一，F(xiàn)e離子是磁性離子，打破了磁性離子不利于超導(dǎo)的觀點(diǎn)，為探索新的超導(dǎo)體提供了一種思路；其二，類(lèi)似于銅氧超導(dǎo)體，鐵基超導(dǎo)體也存在強(qiáng)的電子與自旋相互作用，對(duì)探明高溫超導(dǎo)機(jī)理有參考價(jià)值。
硼化鎂超導(dǎo)體
雖然MgB2的臨界溫度較低，但與銅氧超導(dǎo)體、鐵基超導(dǎo)體相比，仍有很多優(yōu)勢(shì)，包括：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于制備；原料來(lái)源廣泛、成本較低；易于加工。尤其是易于加工的特性，成為MgB2的重要優(yōu)勢(shì)。因?yàn)榫哂懈吲R界溫度的銅氧超導(dǎo)體本質(zhì)上屬于陶瓷材料，陶瓷材料硬度大，加工困難，成為制約銅氧超導(dǎo)體發(fā)展的一個(gè)因素，MgB2超導(dǎo)體可以彌補(bǔ)這一不足。
應(yīng)用
超導(dǎo)體的應(yīng)用可分為三類(lèi)：強(qiáng)電應(yīng)用、弱電應(yīng)用和抗磁性應(yīng)用。強(qiáng)電應(yīng)用即大電流應(yīng)用，包括超導(dǎo)發(fā)電、輸電和儲(chǔ)能；弱電應(yīng)用即電子學(xué)應(yīng)用，包括超導(dǎo)計(jì)算機(jī)、超導(dǎo)天線(xiàn)、超導(dǎo)微波器件等；抗磁性應(yīng)用主要包括磁懸浮列車(chē)和熱核聚變反應(yīng)堆等。
強(qiáng)電應(yīng)用
超導(dǎo)發(fā)電機(jī)：目前，超導(dǎo)發(fā)電機(jī)有兩種含義。一種含義是將普通發(fā)電機(jī)的銅繞組換成超導(dǎo)體繞組，以提高電流密度和磁場(chǎng)強(qiáng)度，具有發(fā)電容量大、體積小、重量輕、電抗小、效率高的優(yōu)勢(shì)。另一種含義是指超導(dǎo)磁流體發(fā)電機(jī)，磁流體發(fā)電機(jī)具有效率高、發(fā)電容量大等優(yōu)點(diǎn)，但傳統(tǒng)磁體在發(fā)電過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生很大的損耗，而超導(dǎo)磁體自身?yè)p耗小，可以彌補(bǔ)這一不足。
弱電應(yīng)用
超導(dǎo)計(jì)算機(jī)：高速計(jì)算機(jī)要求集成電路芯片上的元件和連接線(xiàn)密集排列，但密集排列的電路在工作時(shí)會(huì)發(fā)生大量的熱，而散熱是超大規(guī)模集成電路面臨的難題。超導(dǎo)計(jì)算機(jī)中的超大規(guī)模集成電路，其元件間的互連線(xiàn)用接近零電阻和超微發(fā)熱的超導(dǎo)器件來(lái)制作，不存在散熱問(wèn)題，同時(shí)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度大大提高。此外，科學(xué)家正研究用半導(dǎo)體和超導(dǎo)體來(lái)制造晶體管，甚至完全用超導(dǎo)體來(lái)制作晶體管。
抗磁性應(yīng)用
臨界溫度
超導(dǎo)材料臨界溫度
超導(dǎo)材料臨界溫度Tc總表 | ||||
材料 | 符號(hào) | Tc(K) | 晶胞中Cu-O平面數(shù)目 | 結(jié)構(gòu) |
YBa2Cu3O7 | 123 | 92 | 2 | 正交晶系 |
Bi2Sr2CuO6 | Bi-2201 | 20 | 1 | 四方晶系 |
Bi2Sr2CaCu2O8 | Bi-2212 | 85 | 2 | 四方晶系 |
Bi2Sr2Ca2Cu3O6 | Bi-2223 | 110 | 3 | 四方晶系 |
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理論進(jìn)展
美國(guó)物理學(xué)家約翰·巴丁、利昂·庫(kù)珀、約翰·施里弗提出BCS理論，指出電聲耦合的關(guān)鍵作用，較圓滿(mǎn)的解釋了低溫超導(dǎo)。高溫超導(dǎo)的理論研究仍在進(jìn)行中。
2012年9月，德國(guó)萊比錫大學(xué)的研究人員宣布了一項(xiàng)進(jìn)展：石墨顆粒能在室溫下表現(xiàn)出超導(dǎo)性。研究人員將石墨粉浸入水中后濾除干燥，置于磁場(chǎng)中，結(jié)果一小部分（大約占0.01%）樣本表現(xiàn)出抗磁性，而抗磁性是超導(dǎo)材料的標(biāo)志性特征之一。雖然表現(xiàn)出超導(dǎo)性的石墨顆粒很少，但這一發(fā)現(xiàn)仍然具有重要意義。迄今為止，超導(dǎo)體只有在溫度低于－70°C下才能夠發(fā)揮作用。如果像石墨粉這樣便宜且容易獲得的材料真能在室溫下實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)，將引發(fā)一次新的現(xiàn)代工業(yè)革命。
用途
超導(dǎo)磁體可用于制作交流超導(dǎo)發(fā)電機(jī)、磁流體發(fā)電機(jī)和超導(dǎo)輸電線(xiàn)路等。目前超導(dǎo)量子干涉儀（SQUID）已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化。另外，作為低溫超導(dǎo)材料的主要代表NbTi合金和Nb3Sn，在商業(yè)領(lǐng)域主要應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的MRI（核磁共振成像儀）。作為科學(xué)研究領(lǐng)域，已經(jīng)應(yīng)用于歐洲的大型項(xiàng)目LHC項(xiàng)目，幫助人類(lèi)尋求宇宙的起源等科學(xué)問(wèn)題。
產(chǎn)生磁場(chǎng)
常規(guī)導(dǎo)體做磁體時(shí)，要產(chǎn)生10萬(wàn)高斯以上的穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)，需要消耗3.5兆瓦的電能及大量的冷卻用水，投資巨大；而超導(dǎo)材料在超導(dǎo)狀態(tài)下具有零電阻和抗磁性，因此只需消耗極少的電能，就可以獲得這么大的穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)。
參考資料
[1]
超導(dǎo)技術(shù) 超凡脫俗2017-12-24T14:57:00+08:00[引用日期2022-06-09 18:36:39]
[2]
趙忠賢：五十年磨一劍 鑄就超導(dǎo)強(qiáng)國(guó)夢(mèng)2017-01-09T12:02:57+08:00[引用日期2022-06-10 18:32:08]
[3]
我國(guó)鐵基超導(dǎo)材料向高磁場(chǎng)應(yīng)用邁進(jìn)2021-02-25T09:00:01+08:00[引用日期2022-06-10 18:32:29]
[4]
趙忠賢：五十年磨一劍 鑄就超導(dǎo)強(qiáng)國(guó)夢(mèng)2017-01-09T12:02:57+08:00[引用日期2022-06-10 18:32:43]
[5]
打開(kāi)低溫的大門(mén)2020-01-02T18:36:58+08:00[引用日期2022-06-10 19:25:35]
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這家伙太懶了，什么都沒(méi)寫(xiě)！
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