超导材料的发展历史 .pdfVIP

超导材料的发展历史

1992年一个以巨型超导磁体为主的超导超级对撞机特

大型设备，于美国得克萨斯州建成并投入使用，耗资超过82

亿美元。下面是有关于超导材料的发展历史及相关内容，欢

迎阅读。

超导材料的发展历史1911年，荷兰物理学家昂尼斯

(1853～1926)发现，水银的电阻率并不像预料的那样随温度

降低逐渐减小，而是当温度降到附近时，水银的电阻突然降

到零。某些金属、合金和化合物，在温度降到绝对零度附近

某一特定温度时，它们的电阻率突然减小到无法测量的现象

叫做超导现象，能够发生超导现象的物质叫做超导体。超导

体由正常态转变为超导态的温度称为这种物质的转变温度

(或临界温度)TC。现已发现大多数金属元素以及数以千计的

合金、化合物都在不同条件下显示出超导性。如钨的转变温

度为，锌为，铝为，铅为。

超导体得天独厚的特性，使它可能在各种领域得到广泛

的应用。但由于早期的超导体存在于液氦极低温度条件下，

极大地限制了超导材料的应用。人们一直在探索高温超导体，

从1911年到1986年，75年间从水银的提高到铌三锗的，才

提高了19K。

1986年，高温超导体的研究取得了重大的突破。掀起了

以研究金属氧化物陶瓷材料为对象，以寻找高临界温度超导

体为目标的“超导热”。全世界有260多个实验小组参加了

这场竞赛。

1986年1月，美国国际商用机器公司设在瑞士苏黎世实

验室科学家柏诺兹和缪勒首先发现钡镧铜氧化物是高温超

导体，将超导温度提高到30K;紧接着，日本东京大学工学部

又将超导温度提高到37K;美国休斯敦大学宣布，美籍华裔科

学家朱经武又将超导温度提高到。

1987年1月初，日本川崎国立分子研究所将超导温度提

高到43K;不久日本综合电子研究所又将超导温度提高到46K

和53K。中国科学院物理研究所由赵忠贤、陈立泉领导的研

究组，获得了的锶镧铜氧系超导体，并看到这类物质有在70K

发生转变的迹象。2月15日美国报道朱经武、吴茂昆获得了

98K超导体。2月20日，中国也宣布发现100K以上超导体。

3月3日，日本宣布发现123K超导体。3月12日中国北京

大学成功地用液氮进行超导磁悬浮实验。3月27日美国华裔

科学家又发现在氧化物超导材料中有转变温度为240K的超

导迹象。很快日本鹿儿岛大学工学部发现由镧、锶、铜、氧

组成的陶瓷材料在14℃温度下存在超导迹象。高温超导体的

巨大突破，以液态氮代替液态氦作超导制冷剂获得超导体，

使超导技术走向大规模开发应用。氮是空气的主要成分，液

氮制冷机的效率比液氦至少高10倍，所以液氮的价格实际

仅相当于液氦的1/100。液氮制冷设备简单，因此，现有的

高温超导体虽然还必须用液氮冷却，但却被认为是20世纪

科学上最伟大的发现之一。

超导的研究发展历史1911年卡末林·昂内斯意外地发

现，将汞冷却到-℃时，汞的电阻突然消失;后来他发现许多

金属和合金都具有与上述汞相类似的低温下失去电阻的特

性。

1913年卡末林·昂内斯在诺贝尔领奖演说中指出：低温

下金属电阻的消失“不是逐渐的，而是突然的”，水银在进

入了一种新状态，由于它的特殊导电性能，可以称为“超导

态”。

1932年霍尔姆和卡末林·昂内斯都在实验中发现，隔着

极薄一层氧化物的两块处于超导状态的金属，没有外加电压

时也有电流流过。

1933年荷兰的迈斯纳和奥森菲尔德共同发现了超导体

的一个极为重要的性质，1935年德国人伦敦兄弟提出了一个

超导电性的电动力学理论。

1950年美籍德国人弗茹里赫与美国伊利诺斯大学的巴

丁经过复杂的研究和推论后，同时提出：超导电性是电子与

晶格振动相互作用而产生的。他们都认为金属中的电子在点

阵中被正离子所包围，正离子被电子吸引而影响到正离子振

动，并吸引其它电子形成了超导电流。

接着，美国伊利诺斯大学的巴丁、库柏和斯里弗提出超

导电量子理论，他们认为：在超导态金属中电子以晶格波为

媒介相互吸引而形成电子对，无数电子对相互重叠又常常互

换搭配对象形成一个整体，电子对作为一个整体的流动产生

了超导电流。由于拆开电子对需要一定能量，因此超导体中

基态和激发态之间存在能量差，即能隙。这一重要的理论预

言了电子对能隙的存在，成功地解释了超导现象，被科学家

界称作“巴库斯理论”。