超导方面的论文

具有在一定的低温条件下呈现出电阻等于零以及排斥磁力线的性质的材料。现已发现有28种元素和几千种合金和化合物可以成为超导体。 特性 超导材料和常规导电材料的性能有很大的不同。主要有以下性能。①零电阻性：超导材料处于超导态时电阻为零，能够无损耗地传输电能。如果用磁场在超导环中引发感生电流，这一电流可以毫不衰减地维持下去。这种“持续电流”已多次在实验中观察到。②完全抗磁性：超导材料处于超导态时，只要外加磁场不超过一定值，磁力线不能透入，超导材料内的磁场恒为零。③约瑟夫森效应：两超导材料之间有一薄绝缘层（厚度约1nm）而形成低电阻连接时，会有电子对穿过绝缘层形成电流，而绝缘层两侧没有电压，即绝缘层也成了超导体。当电流超过一定值后，绝缘层两侧出现电压U（也可加一电压U），同时，直流电流变成高频交流电，并向外辐射电磁波，其频率为，其中h为普朗克常数，e为电子电荷。这些特性构成了超导材料在科学技术领域越来越引人注目的各类应用的依据。 基本临界参量 有以下 3个基本临界参量。①临界温度:外磁场为零时超导材料由正常态转变为超导态(或相反)的温度，以Tc表示。Tc值因材料不同而异。已测得超导材料的最低Tc是钨，为。到1987年，临界温度最高值已提高到100K左右。②临界磁场：使超导材料的超导态破坏而转变到正常态所需的磁场强度，以Hc表示。Hc与温度T 的关系为Hc=H0[1-(T/Tc)2]，式中H0为0K时的临界磁场。③临界电流和临界电流密度：通过超导材料的电流达到一定数值时也会使超导态破态而转变为正常态，以Ic表示。Ic一般随温度和外磁场的增加而减少。单位截面积所承载的Ic称为临界电流密度，以Jc表示。 超导材料的这些参量限定了应用材料的条件，因而寻找高参量的新型超导材料成了人们研究的重要课题。以Tc为例，从1911年荷兰物理学家H.开默林－昂内斯发现超导电性(Hg，Tc=)起，直到1986年以前，人们发现的最高的 Tc才达到(Nb3Ge，1973)。1986年瑞士物理学家.米勒和联邦德国物理学家.贝德诺尔茨发现了氧化物陶瓷材料的超导电性，从而将Tc提高到35K。之后仅一年时间，新材料的Tc已提高到100K左右。这种突破为超导材料的应用开辟了广阔的前景，米勒和贝德诺尔茨也因此荣获1987年诺贝尔物理学奖金。 分类 超导材料按其化学成分可分为元素材料、合金材料、化合物材料和超导陶瓷。①超导元素：在常压下有28种元素具超导电性，其中铌（Nb）的Tc最高，为。电工中实际应用的主要是铌和铅(Pb，Tc=)，已用于制造超导交流电力电缆、高Q值谐振腔等。② 合金材料： 超导元素加入某些其他元素作合金成分， 可以使超导材料的全部性能提高。如最先应用的铌锆合金(Nb-75Zr)，其Tc为，Hc为特。继后发展了铌钛合金，虽然Tc稍低了些，但Hc高得多，在给定磁场能承载更大电流。其性能是Nb-33Ti，Tc=，Hc＝特；Nb-60Ti，Tc=，Hc=12特()。目前铌钛合金是用于7～8特磁场下的主要超导磁体材料。铌钛合金再加入钽的三元合金，性能进一步提高，Nb-60Ti-4Ta的性能是，Tc＝，Hc=特（）；Nb-70Ti-5Ta的性能是，Tc=，Hc=特。③超导化合物:超导元素与其他元素化合常有很好的超导性能。如已大量使用的Nb3Sn，其Tc=，Hc=特。其他重要的超导化合物还有V3Ga，Tc=，Hc=24特；Nb3Al，Tc=，Hc=30特。④超导陶瓷：20世纪80年代初，米勒和贝德诺尔茨开始注意到某些氧化物陶瓷材料可能有超导电性，他们的小组对一些材料进行了试验，于1986年在镧－钡－铜－氧化物中发现了Tc=35K的超导电性。1987年，中国、美国、日本等国科学家在钡－钇－铜氧化物中发现Tc处于液氮温区有超导电性，使超导陶瓷成为极有发展前景的超导材料。 应用 超导材料具有的优异特性使它从被发现之日起，就向人类展示了诱人的应用前景。但要实际应用超导材料又受到一系列因素的制约，这首先是它的临界参量，其次还有材料制作的工艺等问题（例如脆性的超导陶瓷如何制成柔细的线材就有一系列工艺问题）。到80年代，超导材料的应用主要有：①利用材料的超导电性可制作磁体，应用于电机、高能粒子加速器、磁悬浮运输、受控热核反应、储能等；可制作电力电缆，用于大容量输电（功率可达10000MVA）；可制作通信电缆和天线，其性能优于常规材料。②利用材料的完全抗磁性可制作无摩擦陀螺仪和轴承。③利用约瑟夫森效应可制作一系列精密测量仪表以及辐射探测器、微波发生器、逻辑元件等。利用约瑟夫森结作计算机的逻辑和存储元件，其运算速度比高性能集成电路的快10～20倍，功耗只有四分之一。 1911年，荷兰物理学家昂尼斯(1853～1926)发现，水银的电阻率并不象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4．2K提高到铌三锗的23．22K，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；12月30日，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40．2K。 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48．6K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。超导科学研究 1.非常规超导体磁通动力学和超导机理 主要研究混合态区域的磁通线运动的机理，不可逆线性质、起因及其与磁场和温度的关系，临界电流密度与磁场和温度的依赖关系及各向异性。超导机理研究侧重于研究正常态在强磁场下的磁阻、霍尔效应、涨落效应、费米面的性质以及T医学研究等 磁体科学和技术 强磁场的价值在于对物理学知识有重要贡献。八十年代的一个概念上的重要进展是量子霍尔效应和分数量子霍耳效应的发现。这是在强磁场下研究二维电子气的输运现象时发现的（获85年诺贝尔奖）。量子霍尔效应和分数量子霍尔效应的发现激起物理学家探索其起源的热情，并在建立电阻的自然基准，精确测定基本物理常数e，h和精细结构常数(＝e2/h(0c等应用方面，已显示巨大意义。高温超导电性机理的最终揭示在很大程度上也将依赖于人们在强磁场下对高温超导体性能的探索。 熟悉物理学史的人都清楚，由固体物理学演化为凝聚态物理学，其重要标志就在于其研究对象的日益扩大，从周期结构延伸到非周期结构，从三维晶体拓宽到低维和高维，乃至分数维体系。这些新对象展示了大量新的特性和物理现象，物理机理与传统的也大不相同。这些新对象的产生以及对新效应、新现象的解释使得凝聚态物理学得以不断的丰富和发展。在此过程中，极端条件一直起着至关重要的作用，因为极端条件往往使得某些因素突出出来而同时抑制其它因素，从而使原本很复杂的过程变得较为简单，有利于直接了解物理本质。 相对于其它极端条件，强磁场有其自身的特色。强磁场的作用是改变一个系统的物理状态，即改变角动量（自旋）和带电粒子的轨道运动，因此，也就改变了物理系统的状态。正是在这点上，强磁场不同于物理学的其他一些比较昂贵的手段，如中子源和同步加速器，它们没有改变所研究系统的物理状态。磁场可以产生新的物理环境，并导致新的特性，而这种新的物理环境和新的物理特性在没有磁场时是不存在的。低温也能导致新的物理状态，如超导电性和相变，但强磁场极不同于低温，它比低温更有效，这是因为磁场使带电的和磁性粒子的远动和能量量子化，并破坏时间反演对称性，使它们具有更独特的性质。 强磁场可以在保持晶体结构不变的情况下改变动量空间的对称性，这对固体的能带结构以及元激发及其互作用等研究是非常重要的。固体复杂的费米面结构正是利用强磁场使得电子和空穴在特定方向上的自由运动从而导致磁化和磁阻的振荡这一原理而得以证实的。固体中的费米面结构及特征研究一直是凝聚态物理学领域中的前沿课题。当今凝聚态物理基础研究的许多重大热点都离不开强磁场这一极端条件，甚至很多是以强磁场下的研究作为基础。如波色凝聚只发生在动量空间，要在实空间中观察到此现象必需在非均匀的强磁场中才得以可能。又如高温超导的机理问题、量子霍尔效应研究、纳米材料和介观物体中的物理问题、巨磁阻效应的物理起因、有机铁磁性的结构和来源、有机（包括富勒烯〕超导体的机理和磁性、低维磁性材料的相变和磁相互作用、固体中的能带结构和费米面特征以及元激发及其互作用研究等等，强磁场下的研究工作将有助于对这些问题的正确认识和揭示，从而促进凝聚态物理学的进一步发展和完善。 带电粒子象电子、离子等以及某些极性分子的运动在磁场特别是在强磁场中会产生根本性变化。因此，研究强磁场对化学反应过程、表面催化过程、材料特别是磁性材料的生成过程、生物效应以及液晶的生成过程等的影响，有可能取得新的发现，产生交叉学科的新课题。强磁场应用于材料科学为新的功能材料的开发另辟新径，这方面的工作在国外备受重视，在国内也开始有所要求。高温超导体也正是因为在未来的强电领域中蕴藏着不可估量的应用前景才引起科技界乃至各国政府的高度重视。因此，强磁场下的物理、化学等研究，无论是从基础研究的角度还是从应用角度考虑都具有非常重要的科学和技术上的意义，通过这一研究，不仅有助于将当代的基础性研究向更深层次开拓，而且还会对国民经济的发展起着重要的推动作用。

最后一张图片是新时代本身的体现：一个很小的镧超水化物样品（或LaH10）被挤压到与那些类似的压力下发现于地核的一部分，用激光加热到接近新英格兰一个寒冷冬日的温度。（按照超导研究的标准，这是滚烫的热度，通常在极冷的实验室里进行）在这些条件下，海姆利和他的团队发现，LaH10似乎不再抵抗原子间电子的运动。很明显，正如海姆利在他的APS演讲中所说，在1月14日发表在《物理评论快报》上的一篇论文中，它变成了一种“室温超导体”【6个你从未听说过的重要元素】

早在1911年，荷兰物理学家海克·卡默林·翁内斯就发现，在极低的温度下，某些物质表现出不寻常的电学性质。

在正常情况下，电流通过导电材料（如铜线）时，沿途会失去一些强度。即使我们在电网中使用的非常好的导体也不完美，无法将所有能量从发电站传输到墙上的插座。有些电子会在途中丢失。

但是超导体是不同的。引入超导导线回路中的电流将持续不断地循环，不会造成任何损失。超导体排出磁场，从而有力地推开磁铁。它们在高速计算和其他技术中有应用。问题是，超导体通常在极低的温度下工作，这使得超导体在普通用途上变得不切实际。一个多世纪以来，物理学家们一直在寻找温度更高的材料中的超导性。但是，发现超导性有点像惊人的金子：过去的经验和理论也许能大致告诉你在哪里寻找超导性，但在你做昂贵、耗时的检查工作之前，你不会真正知道超导性在哪里。

“你有这么多材料。罗马萨皮恩扎大学的物理学家莉莉亚·博埃里说：“你有一个巨大的探索空间。”她在海姆利之后发表了一篇论文，探讨了超导体比LaH10温度更高的可能性，并解释了为什么像这样的材料在极端压力下是超导的。

在1986年，研究人员发现，在绝对零度以上30度或零下406华氏度（零下243摄氏度）的高温下，陶瓷是超导的。后来，在20世纪90年代，研究人员第一次认真研究了超高压，看看它们是否能揭示出新的超导体。

，但在那一点上，Boeri告诉Live Science，仍然没有任何好的方法来确定一种材料是否是超导的，或者在什么温度下是超导的，直到它被测试。因此，临界温度记录——超导电性出现的温度——保持在非常低的水平。

“理论框架就在那里，但他们没有能力使用它，”博埃里说。

下一个重大突破是在2001年，当研究人员证明二硼化镁（MgB2）在绝对零度以上39度或零下389f（零下234c）时是超导的，

[三十九度]相当低，”她说，“但在那个时候。”这是一个重大突破，因为它表明，在临界温度是先前认为可能的两倍的情况下，你可以拥有超导电性。

，从那时起，寻找温暖的超导体在两个关键方面发生了转变：材料科学家意识到，较轻的元素提供了诱人的超导的可能性。同时，计算机模型发展到了理论家可以提前准确预测材料在极端环境下的行为的地步。

物理学家们从显而易见的地方开始。

“所以，你想用轻元素，而最轻的元素是氢，”Boeri说但问题是氢本身——这不能被制成超导，因为它是绝缘体（一种通常不允许电通过的材料）。所以，要有一个超导体，你首先要把它变成一种金属。你必须对它做些什么，你能做的最好的事情就是挤压它。化学中的

，金属几乎是所有原子结合在一起的 *** ，因为它们处于自由流动的电子汤中。我们称之为金属的大多数材料，如铜或铁，在室温和舒适的大气压下都是金属的。但在更极端的环境中，其他材料也可能变成金属。[世界上最极端的实验室]

理论上，氢就是其中之一。但有一个问题。“KDSPE”“KDSPs”需要比现有技术更高的压力，“Hemley在他的谈话中说，”KDSPE“KDSPs”使研究人员寻找含有大量氢的材料，这些材料会形成金属，并有望在可达到的压力下变成超导的。博埃里说，从事计算机模型研究的理论家为实验人员提供了可能是超导体的材料。而且实验人员选择了最好的测试方案。

这些模型的价值是有限的，不过，Hemley说。并不是所有的预测都能在实验室中实现。

“一个人可以在这项工作中非常有效地使用计算，但我们需要严格地做到这一点，并提供最终的实验测试，”他告诉聚集的人群。

Hemley和他的团队的“室温超导体”，LaH10，似乎是这个新研究时代最令人兴奋的结果。在两个相对的钻石点之间，一个LaH10样品被压缩到大约100万倍于地球大气压力（200千兆帕）的水平，在绝对零度以上260度的温度下变得超导，或8华氏度（零下13摄氏度）。

在同一篇论文中描述的另一个实验运行似乎显示在绝对零度以上280度或44华氏度（7摄氏度）的超导性。这是一个寒冷的室温，但并不太难达到。

Hemley结束了他的演讲，他建议，在未来的道路上，这种高压工作可能会导致材料，无论是在温暖的温度还是在正常的压力下都是超导体。他说，也许一种材料一旦加压，在压力释放后可能仍然是超导体。或者，从高温化学结构中吸取的教训可能会指向超导低压结构。

这将是一个游戏规则的改变者，Boeri说。

“这基本上是基础研究。“它没有应用，”她说但是假设你想出了一个在压力下有效的方法，比如说，比现在低10倍。这就打开了通向超导电线和其他东西的大门。

问她是否希望在有生之年看到一个室温、常压的超导体，她热情地点头。

“当然，”她说。

“古怪的物理学：自然界中最酷的小粒子大爆炸到文明：希格斯粒子之外的10个惊人的起源事件：5个可能潜伏在宇宙中的难以捉摸的粒子”

“最初发表在《生命科学》上

物理学的发展，促进了科学技术的进步。现代物理学更成为高新技术的基础。 1、在牛顿力学和万有引力定律的基础上发展起来的空间物理，能把宇宙飞船送上太空，使人类实现了飞天的梦想。也使中国人“九天揽月”成为可能。（2007年我们国家要登月，那时就是神州7号）。杨得伟是神州6号。 （学完万有引力定律可窥一斑） 2、带电粒子在电场磁场中的偏转的规律在科学技术中的应用。电视机显像管等。（学完带电粒子在电场磁场中的偏转会了解了。） 刀。如核磁共振，超声波，X光机等。3、核物理的研究使放射线的应用成为可能。医疗上的放疗。在医疗上还有很多，如用于治疗脑瘤的 4、20世纪初相对论和量子力学的建立，诞生了近代物理，开创了微电子技术的时代。半导体芯片。电子计算机。没有量子力学也就没有现代科技 。 5、20世纪60年代，激光器诞生。激光物理的进展使激光在制造业、医疗技术和国防工业中的得到了广泛的应用。大家熟悉的微机光盘就是用激光读的。光导纤维等。 6、20世纪80年代高温超导体的研究取得了重大突破，为超导体的实际应用开辟了道路。磁悬浮列车等。80年代，我国高温超导的研究走在世界的前列。 7、20世纪90年代发展起来的纳米技术，使人们可以按照自己的需要设计并重新排列原子或者原子团，使其具有人们希望的特性。纳米材料的应用现是一个新兴的又应用很广泛的前沿技术。秦始皇兵马俑的色彩防脱。 8、生命科学的发展也离不开物理学。脱氧核糖核酸（DNA）是存在于细胞核中的一种重要物质，它是储存和传递生命信息的物质基础。1953年生物学家沃森和物理学家克里克利用X射线衍射的方法在卡文迪许（著名实验物理学家）的实验室成功地测定了DNA的双螺旋结构。 可以说物理学的发展，促进了各个领域科学技术的进步。使人类的生产和生活发生了翻天覆地的变化。 物理学的发展引发了一次又一次的产业革命，推动着社会和人类文明的发展。可以说社会的每一次大的进步都与物理学的发展紧密相连。 18世纪中叶，在热学发展的基础上发明并改进了蒸汽机。蒸汽机的广泛使用，促成了手工业向机械化的大生产的转变，并使陆上和海上的大规模的长途运输成为可能。大大推动了社会的发展。古人云：一日千里。火车、飞机的使用使每一个地球人实现了“一日千里”甚至日行万里的梦想。蒸汽机的使用是第一次产业革命。 1840年，法拉弟发现了电磁感应现象，并逐渐形成了完整的电磁场理论。在此基础上发展起来的电力工业，使人类进入电气化的时代，给人类的生产和生活带来翻天覆地的变化。大家想想现在使用的电灯、电话、电视、微机等一切的电力设施就能体会了。这是第二次产业革命。 20世纪70年代，微观物理方面取得重大突破，开创了微电子工业，使世界开始进入了以电子计算机应用为特征的信息时代。这是第三次产业革命。 可以说社会的每一次巨大的进步都是在物理学发展的基础上完成的。没有物理学的发展就没有人类社会和文明的巨大进步。麻烦采纳，谢谢!

超导技术的主体是超导材料，就是没有电阻、或电阻极小的导电材料，电能在流经过程中几乎不会损失。实现超导常须将导体下降至一定温度（起码零下一百多摄氏度），电阻才突然趋近于零。具有这种特性的材料称为超导材料。近年来，随看材料科学的发展，超导材料的性能不断优化，实现超导的临界温度在提高。 目前科学家虽已合成出在室温下具有超导性能的复合材料，但这还仅限于实验室中。至于它的应用前景（作用），具代表性的有以下几方面：（1）超导无电阻无损耗首先被想到用于长途输电线路中，但目前不可能，因为这不是一般的导线且需要降温。（2）接着被想到的是用于大容量的电气设备中，如超导大容量发电机，发电机线圈超导无电阻无损耗，发电效率极高，功率更大。 （3）还有就是应用到需要产生强磁的装置中，如磁力悬浮列车，核磁共振装置等。因为强磁的产生依赖于电磁线圈中的大电流。超导线圈就有超大电流，产生超强磁场。从实际出发，第（2）、（3）点才是今后超导技术应用的突破点。望采纳。