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電子電路構裝 11月底作業超導體 通訊四甲 蕭惟尹 超導體的基本性質 根據古典物理的說法，晶格只要不是在絕對零度，則必定會震盪，所以電子在穿越晶格的過程中，會與晶格碰撞產生電阻。我們都知道超導體並不是在絕對零度才產生的，既然不是絕對零度，那晶格的震盪也會存在，那之前的說法就沒有辦法解釋超導的零電阻現象。所以就會有Cooper 提出『古柏對』來解釋為什麼超導體會有零電阻這種現象。 我們知道，兩個原子鍵結在一起時，得供給額外能量才能將兩個原子分開。所以分開的兩個原子的能量會比鍵結在一起時的能量還要高。在特殊的溫度與特殊材料中，先假設A、B 電子行進時攜帶X 單位的能量，當A 電子先穿越晶格時晶格為因電子的負電吸引互相靠近，並且使A 電子的行進速度便慢而能量減少。A 電子通過之後晶格會恢復為原來的樣子，當晶格尚未完全恢復時，B 電子通過，而晶格會將A 電子的能量轉移到B 電子身上使A、B 產生相互吸引力，成為古柏對。 而古柏對的運動如何使電阻趨近於零，在Cooper 和其他兩個人提出的BCS 理論中則進一步說古柏對在超導狀態時有效的運作，例如一電子散亂而失去動量，另一電子立即獲得相同大小的動量，則電子即呈現規則性地持續電流，而產生超導現象。雖然此理論並不適用於後來發展的高溫超導體，但對於傳統超導體的解釋以及古柏對的描述仍是目前極重要的理論之一。超導體有另外一個性質，當物質處於超導態時， 會抗拒外界的磁場，使其內部沒有任何磁場的存在。在繼續介紹超導體下一個特性前，要先介紹超導體的種類，超導體又可以分為第一類超導體與第二類超導體。第一類超導體就是標準超導體符合BCS理論、會抗拒磁場、磁場強度過大會破壞超導性質等等。第二類超導體比較特別的部分是當有外加磁場進入時，如果磁場強度大於其反抗能力，則磁場會進入超導體內部而被封鎖在超導體內部，這種現象稱之為鎖磁效應，就是大家常見的磁浮。 兩類超導體之相異處 超導體第三個特性「鎖磁效應」只存在於第二類超導體中，所以第二類超導體的應用範圍也比第一類廣，高溫超導體也都屬於第二類超導體。高溫超導體會在後面提到。在認識超導體的過程中，我們學到了臨界條件這個名詞，臨界條件的意思就是超導體具有超導態後，只可在一定的條件下為時超導狀態，若是超過了它的承受範圍，超導體便會失去其超導狀態，回復成原本的性質。超導體 有三個臨界條件。第一個就是臨界溫度。大家都知道超導體的發現是因為1908 年荷蘭的科學家歐納斯把汞拿去降溫，使金屬低於臨界溫度產生相變成為超導態，反之如果溫度高於臨界溫度則會失去超導性。第二個是臨界磁場，上面有提到超導體的抗磁性，如果給超導體外加強大的磁場，使磁場強度大於超導抗磁的力量時， 超導就會被破壞，還原為一般態。而第二類超導體則會先有部分還原成正常態，如果磁場太過強大才會全部還原，所以說第二類超導體有兩個臨界磁場。第三個是臨界電流密度，我們知道電流有磁效應，當電流通過超導體時會產生磁場，而電流強度會與磁場強度成正比，當電流磁效應產生的磁場大於超導體的臨界磁場值，亦會破壞超導性使其還原成正常態。 超導體的三個臨界條件 最後介紹的是高溫超導體。根據BCS 理論超導體臨界溫度不可能高於30K。後來人們不斷研究所發現的超導材料也都在28 K 左右，支持了BCS 理論。自從吳茂昆博士與朱經武博士發現釔鋇銅氧化合物的臨界溫度已經超越了液態氮，開創了一個全新的領域。使高溫超導在近代的科技更佔據重要的地位，不管在實用、經濟各方面，都比過去的超導體還要優良。而高溫超導體，目前並沒有人能夠提出完整的說明其各種的物理特性。 其中以違反BCS 理論中的30 K 臨界溫度更是沒有人能夠解釋。但是BCS 理論並沒有因高溫超導體的出現而被否定，有人說高溫超導體是異於一般超導體的另一個系統。