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学科进展
超导材料新进展及超导应用展望
京大学物理系) 章立源
自年卡末林昂尼斯( )发
现超导电性到年,人类对超导电性的研究已经历了七十六
个寒暑。从总体看来它经历了三个阶段:
第一阶段:从年到年超导微观理论(通称理
论)问世,是人类对超导电性的基本探索和认识阶段。
第二阶段:从到属于人类对超导技术应用的准备
阶段。
第三阶段:自年发现超导转变温度( )高于的超
导材料后,人类将逐步转入超导技术开发时代。
本文将向读者介绍年以来超导新材料的进展并展望超
导技术开发的前景。
一、高氧化物超导材料的发现
直到年超导转变温度( )的最高纪录是,这个
超导材料为。提高超导转变温度一直是科技前沿重要
问题。人们尝试了各种可能的途径,在许多努力方向中的一
个就是研究氧化物超导体,这是十余年前就开辟的一个方向。
年等人发现的超导转变温度约
年等人发现氧化物超导体的
超导转变温度约。虽然这些氧化物超导体的转变温度不如
的高,但依以前的尺度看也不算低,所以一直引起有关
专家的重视。
的苏黎世实验室研究人员, 和于大约
三年前开始了氧化物超导体的研究,目的是寻求提高超导转变
温度的可能性。在初期不成功后,他们转向研究了钡镧铜氧化
物,取得了初步迹象。年月他们投稿给
宣布:
或可能在范围具有超导电性。其后
的研究都证实了他们的发现,从而为解决高超导体问题开辟
了道路。
和的发现并未立即引起同行的重视。为
什么呢?大家知道,超导体必须具备两个基本特性,一是电阻
为零,二是完全抗磁效应(通称效应)。对于第一个
性质大家易于了解。第二个性质则是年月由
和发表的。效应是指:不管过渡到
超导态的途径如何,只要温度)小于超导转变温度( 则超
导体内的磁感应强度( )总是零。零电阻现象和完全抗磁性是
超导体两个独立的基本性质。和的首篇报导只
谈了零电阻效应,人们自然要问:有没有效应?在随
后( 年月)投稿的文章中,他们肯定了他们制作的样品
有效应。日本东京大学等人于年月和
月投稿宣布:对于
代代表
图一的晶体结构
单相观察到,并有效应。文献〔还肯定
的氧化物超导体为型结构,如图一所示。
在此期间,美国大学也作了相应工作。在年
月材料研究协会的波士顿年会上,日本的报告有
力地改变了初起时不受同行重视的趋势。
中国科学院物理所的早期报导见文献〔,报导了制出高
超导体:
前者,转变宽度为,后者,转变宽度为
图注六角形第二类型样品于零场下
:第一类型样品零场下
:第一类型样品千高斯
:第一类型样品千高斯
+ 第一类型样品千高斯
:第一类型样品千高斯
图二在不同磁场下第一类、第二类样品( 线
。电阻测量和交流磁化率测量确认了其超导电性。
年月份发表的其它文献还有文献〔。文章指出
系统有两种类型:
为第一类型,
为第二类型,
其中或不确定。图二显示了在不同磁场(单位
为千高斯)下的电阻随温度变化曲线。
美国贝尔实验室的工作可参见文献〔,该文报导了,
,超导转变温度为,所用原料为
和,其它还有联邦德国的工作,报导
的转变温度约,所用原料为
:和。适当混合研磨,冷压成丸,在间重
复加热小时。用坩埚。作者指出为结构,
黑色样品超导电性好。作者测量得出系统的随
压强( )的变化率
这与元素镧的差不多,超导转变温度随加压而显著升高。
为探索使超导转变温度超过液氮沸点,在
系统的基础上,以钇)代替镧年月日美国
朱经武等人向投稿(其修改稿接收期为月
日)宣布
系统中于温区内获得稳定的超导转
变。在常压下,“零电阻态”的电阻率这
就首次实现了超导转变温度在液氮沸点以上的超导。作法类似
于文献〔,用适量的和进行固态反应。
文中并估计该材料的上临界场)在和特斯拉之间。
在稍后的报导中,他们宣称进一步改进了化合物的质量,起始
超导转变温度达到。该文还提到曾有过极不稳定、难于重
复的经历,常压下达。朱经武等人对系统
还观察了压强对超导转变温度的影响,发现在加压直到千
巴下, 系统的超导转变温度对压强的依赖较小。
年月日中国科学院物理所宣布在
系统中( ,超导转变中点温度为, 出现“零电
阻”的温度为,超导转变宽度为
文献〔〕报导了的晶体结构,如图三所示。
二、高氧物化超导材料的性质初探
迄今为止,所发表的有关超导新材料的实验性质还是很初
步的,许多性质尚不能定论,本节只是作一初步介绍。
文献〕列了一系列材料,其化学式为
其中表示稀土元素
和。依这里写的稀土元素顺序,上述超导材料的超导转变
温度分别为
和(