超導(dǎo)電性的探索(編輯修改稿)
2024-10-10 08:09 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 導(dǎo)體主要包括金屬化合物及其合金。 第 II 類超導(dǎo)體和第 I 類超導(dǎo)體的區(qū)別主要在于： ■ 第 II 類超導(dǎo)體由正常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)態(tài)時(shí)有一個(gè)中間態(tài)（混合態(tài)）； ■ 第 II 類超導(dǎo)體的混合態(tài)中有磁通線存在，而第 I 類超導(dǎo)體沒有； ■ 第 II 類超導(dǎo)體比第 I 類超 導(dǎo)體有更高的臨界磁場(chǎng)、更大的臨界電流密度和更高的臨界溫度。 第 II 類超導(dǎo)體根據(jù)其是否具有磁通釘扎中心而分為理想第 II 類超導(dǎo)體和非理想第 II 類超導(dǎo)體。 理想第 II 類超導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)比較完整，不存在磁通釘扎中心，并且當(dāng)磁通線均勻排列時(shí)，在磁通線周圍的渦旋電流將彼此抵消，其體內(nèi)無電流通過，從而不具有高臨界電流密度。非理想第 II 類超導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)存在缺陷，并且存在磁通釘扎中心，其體內(nèi)的磁通線排列不均勻，體內(nèi)各處的渦旋電流不能完全抵消，出現(xiàn)體內(nèi)電流，從而具有高臨界電流密度。在實(shí)際上，真正適合于實(shí)際應(yīng)用的超導(dǎo) 材料是非理想第 II 類超導(dǎo)體。 3 高溫超導(dǎo)體的崛起 在 1986 年以前，超導(dǎo)臨界溫度的工作步履艱難。人們發(fā)現(xiàn)的最高臨界溫度的材料的TC僅為 23K，加上 BCS理論的判斷，最高的臨界溫度不會(huì)超過 30K。然而， 1986年 12月 15日，休斯敦大學(xué)的朱經(jīng)武等人報(bào)告說，他們?cè)谔幱趬毫ο碌?LaBaCuO系統(tǒng)中，發(fā)現(xiàn)了 4 的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變。 12月 26日，中科院物理研究所宣布，獲得了轉(zhuǎn)變溫度為 ，并對(duì)少數(shù)樣品在 70K左右觀察到有超導(dǎo)跡象。 1987年 2月 24日，中科院宣布趙忠賢，陳立泉等人獲得了液氮 溫區(qū)的超導(dǎo)體 —— YBaCuO。 自從高溫超導(dǎo)材料發(fā)現(xiàn)以后，一陣超導(dǎo)熱席卷了全球。科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)鉈系化合物超導(dǎo)材料的臨界溫度可達(dá) 125K，汞系化合物超導(dǎo)材料的臨界溫度則可達(dá) 135K。如果將汞置于高壓條件下，其臨界溫度將能達(dá)到難以置信的164K。 1997 年，研究人員發(fā)現(xiàn)，金銦合金在接近絕對(duì)零度時(shí)既是超導(dǎo)體同時(shí)也是磁體。 1999年科學(xué)家發(fā)現(xiàn)釕銅化合物在 45K 時(shí)具有超導(dǎo)電性。由于該化合物獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)，它在計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)存貯中的應(yīng)用潛力將非常巨大。 這些令人鼓舞的發(fā)現(xiàn)激發(fā)了科學(xué)家進(jìn)一步探索超導(dǎo)理論和至今為止依然 沒有被人發(fā)現(xiàn)的新型超導(dǎo)材料的興趣和決心，并且為了對(duì)自然界有更深的認(rèn)識(shí)和超導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用的美好前景，一定會(huì)有更多有志者投身于超導(dǎo)事業(yè)中。 高溫超導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)和特征 高溫超導(dǎo)材料最主要 是一系列含 銅 氧化物。 銅 氧化物高 溫超導(dǎo) 系 統(tǒng) 具有一 準(zhǔn) 二 維 的 銅 氧平面。 這 些材料 無論 是在未形成超 導(dǎo)態(tài) ，或在 超導(dǎo)狀態(tài) ，其 電 性及磁性行 為 均由此 準(zhǔn) 二 維 的銅氧 平面所主 導(dǎo) 。 而同時(shí)具有零電阻性、抗磁性、穩(wěn)定性、可復(fù)制性的超導(dǎo)體中臨界溫度為90 — 100K 的典型代表為 YBa2Cu3O7x 其結(jié)構(gòu)圖見圖 6 ， 其點(diǎn)陣常數(shù)典型值為 a=,b=,c=[5].從上到下依次由 CuO,BaO,CuO,Y,CuO,BaO,CuO層排列而成。這 些 準(zhǔn) 二 維 的 銅氧層 ，在化 學(xué) 平衡 狀態(tài) 下，原 為 不 導(dǎo)電 的 絕緣體 。由 于 每 個(gè)銅原子上正好各有一 個(gè)電 子， 電 子 間 的 強(qiáng)烈 排斥力，使 電 子 無 法由一 個(gè)銅 原子移到另一個(gè) 鋇 原子上。若 經(jīng)過 一 適當(dāng) 的化 學(xué)攪雜 ，使 銅 氧 層 上的部分 銅 原子失去一 個(gè)電 子，造成 銅 氧平面上出 現(xiàn) 空位，使得 電 子可以自由地 從 所占的位置跳到空位上，而呈現(xiàn) 導(dǎo)電 性。此 現(xiàn)象 好比一 滿座的 演講廳 ， 當(dāng) 每 個(gè) 位子都有人占用，人 無法移動(dòng) 。若有人
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