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常温超导不再摇远

材料写作网    时间: 2020-07-01 09:00:11     阅读:

时速高达500公里的超导磁悬浮列车、没有能耗的超导输电线··这些令人振奋的应用前景,既是人类的美好希望,更是激励科学家不断探索的巨大动力。

寻找新型材料

1911年,荷兰物理学家卡茂林>昂尼斯意外发现,将水银冷却到接近绝对零度(-268.98℃)时,其电阻突然消失。后来,他又发现,许多金属(例如铝、锡)和合金都具有与水银类似的特性:在低温下电阻为零(这一温度叫超导材料的临界温度),由于它的特殊导电性能,昂尼斯称之为超导态。昂尼斯本人也因此获得了1913年诺贝尔奖。

昂尼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4.2K(-268.98℃)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“。

昂尼斯和其他许多科学家后来又发现了28种超导元素和8000多种超导化合物。但出现超导现象时的温度大都接近绝对零度(-273℃),所以,此超导材料没有太大的实用可能性和经济价值。

但这一发现引起了范围内的震动。从那时起,科学家一直不断尝试提高超导材料的临界温度。直到1973年,英、美科学家发现了铌锗合金,其临界超导温度为23.2K(-249.8℃),才使超导材料研究走上了快速路,这个纪录保持了13年。

1986年,在瑞士国际商用公司实验室工作的德国科学家贝特诺茨和美国科学家缪勒发现,氧化物(镧-钡-铜-氧)陶瓷材料在43K(-230℃)的较高温度下出现了超导现象,打破了传统'氧化物陶瓷是绝缘体“的观念,引起了全球科学界的轰动。他们也因此获得了1987年的诺贝尔物理学奖。

不断挑战上限

1957年,库珀等3位科学家提出了超导微观理论,揭示了低温超导现象。该理论认为,电子会因声子(即量子化的晶格振动)而产生相互作用,当其克服电子之间的排斥力时,便会形成电子对,称为'库珀对“。而这种能量交换使一些普通金属材料产生了超导性。

然而,在温度升高时,即使最好的金属低温超导材料也会失去其超导性能。其原因是:随着温度的不断升高,超导材料内部的原子振动也不断加剧,电子对不断地被拆散,该材料原有的电阻得以恢复。超导材料的临界温度取决于三个因素:可以利用的电子数量、声子震动的频率、相互作用的强度(即声子和电子之间的耦合力)。

1987年底,铊-钡-钙-铜-氧化材料又把临界超导温度的纪录提高到125K(-148℃)。从1986~1987年的短短一年多的时间里,临界超导温度竟然提高了100K以上,这在材料发展史上,乃至科技发...

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