超導(dǎo)體的發(fā)展史簡述

1、.超導(dǎo)體的開展史簡述超導(dǎo)體的開展史簡述超導(dǎo)體，是指能進展超導(dǎo)傳輸?shù)膶?dǎo)電材料。零電阻和抗磁性是超導(dǎo)體的兩個重要特性。人類最初發(fā)現(xiàn)物體的超導(dǎo)現(xiàn)象是在1911年。當(dāng)時荷蘭科學(xué)家卡·翁納斯等人發(fā)現(xiàn)，某些材料在極低的溫度下，其電阻完全消失，呈超導(dǎo)狀態(tài)。使超導(dǎo)體電阻為零的溫度，叫超導(dǎo)臨界溫度。1911年1911年，荷蘭科學(xué)家卡末林昂內(nèi)斯Heike Kamerlingh-Onnes用液氦冷卻汞，當(dāng)溫度下降到4.2K268.95時，水銀的電阻完全消失，這種現(xiàn)象稱為超導(dǎo)電性，此溫度稱為臨界溫度。根據(jù)臨界溫度的不同，超導(dǎo)材料可以被分為：高溫超導(dǎo)材料和低溫超導(dǎo)材料。1933年1933年，邁斯納

2、和奧克森菲爾德兩位科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，假如把超導(dǎo)體放在磁場中冷卻，那么在材料電阻消失的同時，磁感應(yīng)線將從超導(dǎo)體中排出，不能通過超導(dǎo)體，這種現(xiàn)象稱為抗磁性。1973年1973年，發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)合金鈮鍺合金，其臨界超導(dǎo)溫度為23.2K249.95，這一記錄保持了近13年。1986年1986年，設(shè)在瑞士蘇黎世的美國IBM公司的研究中心報道了一種氧化物鑭鋇銅氧化物具有35K240.15的高溫超導(dǎo)性。此后，科學(xué)家們幾乎每隔幾天，就有新的研究成果出現(xiàn)。同年，美國貝爾實驗室研究的超導(dǎo)材料，其臨界超導(dǎo)溫度到達(dá)40K235.15液氫的“溫度壁壘40K被跨越。1987年1987年，美國華裔科學(xué)家朱經(jīng)武以及中國科學(xué)家趙忠賢相繼在

3、釔-鋇-銅-氧系材料上把臨界超導(dǎo)溫度進步到90K185.15以上，液氮的“溫度壁壘77K也被打破了。1987年底，鉈-鋇-鈣-銅-氧系材料又把臨界超導(dǎo)溫度的記錄進步到125K150.15。從1986-1987年的短短一年多的時間里，臨界超導(dǎo)溫度進步了近100K。來自德國、法國和俄羅斯的科學(xué)家利用中子散射技術(shù)，在高溫超導(dǎo)體的一個成員單銅氧層Tl2Ba2CuO6+δ中觀察到了所謂的磁共振形式，進一步證實了這種形式在高溫超導(dǎo)體中存在的一般性。該發(fā)現(xiàn)有助于對銅氧化物超導(dǎo)體機制的研究。高溫超導(dǎo)體具有更高的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度通常高于氮氣液化的溫度，有利于超導(dǎo)現(xiàn)象在工業(yè)界的廣泛利用。高溫超導(dǎo)體

4、的發(fā)現(xiàn)迄今已有16年，而對其不同于常規(guī)超導(dǎo)體的許多特點及其微觀機制的研究，卻仍處于相當(dāng)“初級的階段。這一點不僅反映在沒有一個單一的理論可以完全描繪和解釋高溫超導(dǎo)體的特性，更反映在缺乏統(tǒng)一的、在各個不同體系上普遍存在的“本征實驗現(xiàn)象。本期Science所報道的結(jié)果意味著中子散射領(lǐng)域里一個長期存在的困惑很有可能得到解決。早在1991年，法國物理學(xué)家利用中子散射技術(shù)在雙銅氧層YBa2Cu3O6+δ超導(dǎo)體單晶中發(fā)現(xiàn)了一個微弱的磁性信號。隨后的實驗證明，這種信號僅在超導(dǎo)體處于超導(dǎo)狀態(tài)時才顯著增強并被稱為磁共振形式。這個發(fā)現(xiàn)說明電子的自旋以某種合作的方式產(chǎn)生一種集體的有序運動，而這是常

5、規(guī)超導(dǎo)體所不具有的。這種集體運動有可能參與了電子的配對，并對超導(dǎo)機制負(fù)責(zé)，其作用類似于常規(guī)超導(dǎo)體內(nèi)引起電子配對的晶格振動。但是，在另一個超導(dǎo)體La2-xSrxCuO4+δ單銅氧層中，卻無法觀察到同樣的現(xiàn)象。這使物理學(xué)家疑心這種磁共振形式并非銅氧化物超導(dǎo)體的普遍現(xiàn)象。2019年，在Bi2Sr2CaCu2O8+δ單晶上也觀察到了這種磁共振信號。但由于Bi2Sr2CaCu2O8+δ與YBa2Cu3O6+δ一樣，也具有雙銅氧層構(gòu)造，關(guān)于磁共振形式是雙銅氧層的特殊表征還是“普遍現(xiàn)象的困惑并未得到徹底解決。理想的候選者應(yīng)該是典

6、型的高溫超導(dǎo)晶體，構(gòu)造盡可能簡單，只具有單銅氧層。困難在于，由于中子與物質(zhì)的互相作用很弱，只有足夠大的晶體才可能進展中子散射實驗。隨著中子散射技術(shù)的成熟，對晶體尺寸的要求已降低到0.1cm微量級。晶體生長技術(shù)的進步，也使Tl2Ba2CuO6+δ單晶體的尺寸進入毫米量級，而它正是一個理想的候選者?？茖W(xué)家把300個毫米量級的Tl2Ba2CuO6+δ單晶以同一標(biāo)準(zhǔn)按晶體學(xué)取向排列在一起，構(gòu)成一個“人造單晶，“提早到達(dá)了中子散射的要求。經(jīng)過近兩個月散射譜的搜集與反復(fù)驗證，終于以確鑿的實驗數(shù)據(jù)顯示在這樣一個近乎理想的高溫超導(dǎo)單晶上也存在磁共振形式。這一結(jié)果說明磁共

7、振形式是高溫超導(dǎo)的一個普遍現(xiàn)象。而La2-xSrxCuO4+δ體系上磁共振形式的缺席只是“普遍現(xiàn)象的例外，這可能與其構(gòu)造的特殊性有關(guān)。關(guān)于磁共振形式及其與電子間互相作用的理論和實驗研究一直是高溫超導(dǎo)領(lǐng)域的熱點之一，上述結(jié)果將引起許多物理學(xué)家的關(guān)注與興趣。20世紀(jì)80年代是超導(dǎo)電性的探究與研究的黃金年代。1981年合成了有機超導(dǎo)體，1986年繆勒和柏諾茲發(fā)現(xiàn)了一種成分為鋇、鑭、銅、氧的陶瓷性金屬氧化物L(fēng)aBaCuO4，其臨界溫度約為35K。由于陶瓷性金屬氧化物通常是絕緣物質(zhì)，因此這個發(fā)現(xiàn)的意義非常重大，繆勒和柏諾茲因此而榮獲了1987年度諾貝爾物理學(xué)獎。1987年在超導(dǎo)材料的

8、探究中又有新的打破，美國休斯頓大學(xué)物理學(xué)家朱經(jīng)武小組與中國科學(xué)院物理研究所趙忠賢等人先后研制成臨界溫度約為90K的超導(dǎo)材料YBCO釔鋇銅氧。1988年1988年初日本研制成臨界溫度達(dá)110K的Bi-Sr-Ca-Cu-O超導(dǎo)體。至此，人類終于實現(xiàn)了液氮溫區(qū)超導(dǎo)體的夢想，實現(xiàn)了科學(xué)史上的重大打破。這類超導(dǎo)體由于其臨界溫度在液氮溫度77K以上，因此被稱為高溫超導(dǎo)體。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?？茖W(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)125K150.15汞系化合物超導(dǎo)材料的臨界溫度那么高達(dá)135K。假如將汞置于高壓條件下，其臨界溫度將能到達(dá)難以置信的164K。2019年2019

9、年，研究人員發(fā)現(xiàn)，金銦合金在接近絕對零度時既是超導(dǎo)體同時也是磁體。2019年科學(xué)家發(fā)現(xiàn)釕銅化合物在45K230.15時具有超導(dǎo)電性。由于該化合物獨特的晶體構(gòu)造，它在計算機數(shù)據(jù)存儲中的應(yīng)用潛力將是非常宏大的。2019年自2019年12月開場，中國科學(xué)院物理研究所的陳根富博士已投入到鑭氧鐵砷非摻雜單晶體的制備中。2019年2月18日，日本東京工業(yè)大學(xué)的細(xì)野秀雄教授和他的合作者在?美國化學(xué)會志?上發(fā)表了一篇兩頁的文章，指出氟摻雜鑭氧鐵砷化合物在零下247.15時即具有超導(dǎo)電性。在長期研究中保持著跨界關(guān)注習(xí)慣的陳根富和王楠林研究員立即捕捉到了這一消息的價值，王楠林小組迅速轉(zhuǎn)向制作摻雜樣品，他們在一周內(nèi)

10、實現(xiàn)了超導(dǎo)并測量了根本物理性質(zhì)。幾乎與此同時，物理所聞?；⒀芯拷M通過在鑭氧鐵砷材料中用二價金屬鍶交換三價的鑭，發(fā)現(xiàn)有臨界溫度為零下248.15以上的超導(dǎo)電性。2019年2019年3月25日和3月26日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)陳仙輝組和物理所王楠林組分別獨立發(fā)現(xiàn)臨界溫度超過零下233.15的超導(dǎo)體，打破麥克米蘭極限，證實為非傳統(tǒng)超導(dǎo)。2019年3月29日，中國科學(xué)院院士、物理所研究員趙忠賢指導(dǎo)的小組通過氟摻雜的鐠氧鐵砷化合物的超導(dǎo)臨界溫度可達(dá)零下221.15，4月初該小組又發(fā)現(xiàn)無氟缺氧釤氧鐵砷化合物在壓力環(huán)境下合成超導(dǎo)臨界溫度可進一步提升至零下218.15。2019年2019年9月，德國萊比錫大學(xué)的研

11、究人員宣布了一項進展：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枯燥，置于磁場中，結(jié)果小一部分大約占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-110°C下才可以發(fā)揮作用。假如像石墨粉這樣廉價且容易獲得的材料真能在室溫下實現(xiàn)超導(dǎo)，將引發(fā)一次新的現(xiàn)代工業(yè)革命。2019年我國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種新的鐵基超導(dǎo)材料鋰鐵氫氧鐵硒化合物，其超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度高達(dá)40K零下233.15攝氏度以上，在確定該新材料的晶體構(gòu)造后，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)其超導(dǎo)電性和反鐵磁共存。專家指出，這是世界上首次利用水熱法發(fā)現(xiàn)鐵硒類新型高溫超導(dǎo)材料，堪稱鐵基