【精品】物理材料

精品精品 物理材料物理材料 超导体气体液化问题是19世纪物理的热点之一 1894年荷兰莱顿大学实验物理学教授卡麦林 昂内斯建立了著名的 低温试验室 1908年昂内斯成功地液化了地球上最后一种 永久气体 氦气 并且获得了接近绝对零度 零下273 2摄氏度 标为OK 的低 温4 25K 1 15K 相当于零下摄氏度 为此 朋友们风趣地称他为 绝对零度先生 这样低的温度为超导现象的发现提供了有力保证 经过多次实验 1911年昂内斯发现汞的电阻在4 2K 左右的低温度时急剧下降 以致完全消失 即零电阻 1913年他在一篇论文中首次以 超导电性 一词来表达这一现象 由于 对低温下物质性质的研究 并使氦气液化 方面的成就 昂 内斯获1913年诺贝尔物理学奖 超导电性 现象被发现之后 引起了各国科学家的关注和研究 并寄于很大期望 通过研究 人们发现所有超导物质 如钛 锌 铊 铅 汞等 当 温度降至临界温度 超导转变温度 时 皆显现出某些共同特征 1 电阻为零 一个超导体环移去电源之后 还能保持原有的电流 有人做过实验 发现超导环中的电流持续了二年半而无显著衰减 2 完全抗磁性 这一现象是1933年德国物理学家迈斯纳等人在实验中发现的 只要 超导材料的温度低于临界温度而进入超导态以后 该超导材料便把 磁力线排斥体外 因此其体内的磁感应强度总是零 这种现象称为 迈斯纳效应 超导电性的本质究竟是什么 一开始人们便从实验和理论两个方面进行探索 不少著名科学家为此负出了巨大努力 然而直到50年人才获得了突破性的进展 BCS 理论的提出标志着 超导电性理论现代阶段的开始 BCS 理论是由美国物理学家巴丁 库珀和施里弗于1957年首先提 出的 并以三位科学家姓名第一个大写字母命名这一理论 这一理论的核心是计算出导体中存在电子相互吸引从而形成一种共 振态 即存在 电子对 1962年英国剑桥大学研究生约瑟夫森根据 BCS 理论预言 在薄绝 缘层隔开的两种超导材料之间有电流通过 即 电子对 能穿过薄 绝缘层 隧道效应 同时还产生一些特殊的现象 如电流通过薄 绝缘层无需加电压 倘若加电压 电流反而停止而产生高频振荡 这一超导物理现象称为 约瑟夫森效应 这一效应在美国的贝尔实验室得到证实 约瑟夫森效应 有力的支持了 BCS理论 因此 巴丁 库珀 施里弗荣获1972年诺贝尔物理奖 约瑟夫森则获得1973年度诺贝尔物理奖 超导体的研究60年代以来 重心逐渐转向对超导新材料的开发方面 开发高临界温度的超导体材料将能为超导体的大规模应用创造条件 德国物理学家柏诺兹和瑞士物理学家缪勒从1983年开始集中力量研 究稀土元素氧化物的超导电性 1986年他们终于发现了一种氧化物材料 其超导转变温度比以往的 超导材料高出12度 这一发现导致了超导研究的重大突破 美国 中国 日本等国的科 学家纷纷研究 很快就发现了在液氮温度区获 196C 以下 得超导电性的陶瓷材料 此后不断发现高临界温度的超导材 料 这就为超导的应用提供了条件 柏诺兹和缪勒也因此获1987年诺贝尔物理奖 超导电性现象被发现之后 不少人就想到了如何应用的问题 由于当时很多问题在技术上一时还难以解决 应用还只是可望不可 及的事情 随着近年来研究工作的深入 超导体的某些特性已具有实用价值 例如超导磁浮列车已在某些国家进行试验 超导量子干涉器也研制 成功 超导船 用约瑟夫森器件制成的超级计算机等正在研制过程 中 超导体材料已经深入到科研 工业和人们的生活之中 第一类和第二类超导体xx 04 0816 25超导体分第一类 又称Pippard超导体或软超导体 和第二类 又称London超导体或硬超导体 两种 在已发现的超导元素中只有钒 铌和锝属第二类超导体 其他元素 均为第一类超导体 但大多数超导合金则属于第二类超导体 第一类超导体只存在一个临界磁场Hc 当外磁场H Hc时 呈现完全 抗磁性 体内磁感应强度为零 第二类超导体具有两个临界磁场 分别用HC1 下临界磁场 和HC2 上临界磁场 表示 当外磁场H HC1时 具有完全抗磁性 体内磁感应强度处处为零 外磁场满足HC1 外磁场H增加时 超导态区域缩小 正常态区域扩大 H HC2时 超 导体全部变为正常态 1911年 荷兰科学家昂内斯 Ones 用液氦冷却汞 当温度下降到 K时 水银的电阻完全消失 这种现象称为超导电性 此温度称为 临界温度 根据临界温度的不同 超导材料可以被分为高温超导材料和低温超 导材料 但这里所说的 高温 其实仍然是远低于冰点摄氏0 的 对一般 人来说算是极低的温度 1933年 迈斯纳和奥克森菲尔德两位科学家发现 如果把超导体放 在磁场中冷却 则在材料电阻消失的同时 磁感应线将从超导体中 排出 不能通过超导体 这种现象称为抗磁性 经过科学家们的努力 超导材料的磁电障碍已被跨越 下一个难关 是突破温度障碍 即寻求高温超导材料 1973年 发现超导合金 铌锗合金 其临界超导温度为23 2K 这 一记录保持了近13年 1986年 设在瑞士苏黎世的美国IBM公司的研究中心报道了一种氧化 物 镧钡铜氧化物 具有35K的高温超导性 此后 科学家们几乎每隔几天 就有新的研究成果出现 1986年 美国贝尔实验室研究的超导材料 其临界超导温度达到40K 液氢的 温度壁垒 40K 被跨越 1987年 美国华裔科学家朱经武以及中国科学家赵忠贤相继在钇 钡 铜 氧系材料上把临界超导温度提高到90K以上 液氮的 温度 壁垒 77K 也被突破了 1987年底 铊 钡 钙 铜 氧系材料又把临界超导温度的记录提 高到125K 从1986 1987年的短短一年多的时间里 临界超导温度提高了近100 K 德国 法国和俄罗斯的科学家利用中子散射技术 在高温超导体的 一个成员单铜氧层Tl2Ba2CuO6 中观察到了所谓的磁共振模式 进一步证实了这种模式在高温超导体中存在的一般性 该发现有助于对铜氧化物超导体机制的研究 高温超导体具有更高的超导转变温度 通常高于氮气液化的温度 有利于超导现象在工业界的广泛利用 高温超导体的发现迄今已有16年 而对其不同于常规超导体的许多 特点及其微观机制的研究 却仍处于相当 初级 的阶段 这一点不仅反映在没有一个单一的理论能够完全描述和解释高温超 导体的特性 更反映在缺乏统一的 在各个不同体系上普遍存在的 本征 实验现象 本期Science所报道的结果意味着中子散射领域里一个长期存在的困 惑很有可能得到解决 早在1991年 法国物理学家利用中子散射技术在双铜氧层YBa2Cu3O6 超导体单晶中发现了一个微弱的磁性信号 随后的实验证明 这种信号仅在超导体处于超导状态时才显著增强 并被称为磁共振模式 这个发现表明电子的自旋以某种合作的方式产生一种集体的有序运 动 而这是常规超导体所不具有的 这种集体运动有可能参与了电子的配对 并对超导机制负责 其作 用类似于常规超导体内引起电子配对的晶格振动 但是 在另一个超导体La2 xSrxCuO4 单铜氧层 中 却无法 观察到同样的现象 这使物理学家怀疑这种磁共振模式并非铜氧化物超导体的普遍现象 1999年 在Bi2Sr2CaCu2O8 单晶上也观察到了这种磁共振信号 但由于Bi2Sr2CaCu2O8 与YBa2Cu3O6 一样 也具有双铜氧层 结构 关于磁共振模式是双铜氧层的特殊表征还是 普遍 现象的 困惑并未得到彻底解决 理想的候选者应该是典型的高温超导晶体 结构尽可能简单 只具 有单铜氧层 困难在于 由于中子与物质的相互作用很弱 只有足够大的晶体才 可能进行中子散射实验 随着中子散射技术的成熟 对晶体尺寸的要求已降低到0 1厘米3的 量级 晶体生长技术的进步 也使Tl2Ba2CuO6 单晶体的尺寸进入毫米 量级 而它正是一个理想的候选者 科学家把300个毫米量级的Tl2Ba2CuO6 单晶以同一标准按晶体学 取向排列在一起 构成一个 人造 单晶 提前 达到了中子散 射的要求 经过近两个月散射谱的搜集与反复验证 终于以确凿的实验数据显 示在这样一个近乎理想的高温超导单晶上也存在磁共振模式 这一结果说明磁共振模式是高温超导的一个普遍现象 而La2 xSrxCuO4 体系上磁共振模式的缺席只是 普遍 现象的 例外 这可能与其结构的特殊性有关 关于磁共振模式及其与电子间相互作用的理论和实验研究一直是高 温超导领域的热点之一 上述结果将引起许多物理学家的关注与兴 趣 20世纪80年代是超导电性的探索与研究的黄金年代 1981年合成了有机超导体 1986年缪勒和柏诺兹发现了一种成分为 钡 镧 铜 氧的陶瓷性金属氧化物LaBaCuO4 其临界温度约为35K 由于陶瓷性金属氧化物通常是绝缘物质 因此这个发现的意义非常 重大 缪勒和柏诺兹因此而荣获了1987年度诺贝尔物理学奖 1987年在超导材料的探索中又有新的突破 美国休斯顿大学物理学 家朱经武小组与中国科学院物理研究所赵忠贤等人先后研制成临界 温度约为90K的超导材料YBCO 钇铋铜氧 1988年初日本研制成临界温度达110K的Bi Sr Ca Cu O超导体 至此 人类终于实现了液氮温区超导体的梦想 实现了科学史上的 重大突破 这类超导体由于其临界温度在液氮温度 77K 以上 因此被称为高 温超导体 自从高温超导材料发现以后 一阵超导热席卷了全球 科学家还发现铊系化合物超导材料的临界温度可达125K 汞系化合 物超导材料的临界温度则高达135K 如果将汞置于高压条件下 其临界温度将能达到难以置信的164K 1997年 研究人员发现 金铟合金在接近绝对零度时既是超导体同 时也是磁体 1999年科学家发现钌铜化合物在45K时具有超导电性 由于该化合物独特的晶体结构 它在计算机数据存储中的应用潜力 将是非常巨大的 自 年 月开始 中国科学院物理研究所的陈根富博士已 投入到镧氧铁砷非掺杂单晶体的制备中 今年 月 日 日本东京工业大学的细野秀雄教授和他的合作者 在 美国化学会志 上发表了一篇两页的文章 指出氟掺杂镧氧铁 砷化合物在零下 摄氏度时即具有超导电性 在长期研究中保持着跨界关注习惯的陈根富和王楠林研究员立即捕 捉到了这一消息的价值 王楠林小组迅速转向制作掺杂样品 他们 在一周内实现了超导并测量了基本物理性质 几乎与此同时 物理所闻海虎研究组通过在镧氧铁砷材料中用二价 金属锶替换三价的镧 发现有临界温度为零下 摄氏度以 上的超导电性 月 日和 月 日 中国科学技术大学陈仙辉组和物理所王 楠林组分别独立发现临界温度超过零下 摄氏度的超导 体 突破麦克米兰极限 证实为非传统超导 月 日 中国科学院院士 物理所研究员赵忠贤领导的小组通 过氟掺杂的镨氧铁砷化合物的超导临界温度可达零下 摄氏度 月初该小组又发现无氟缺氧钐氧铁砷化合物在压力环境 下合成超导临界温度可进一步提升至零下 摄氏度 为了证实 超导体 电阻为零 科学家将一个铅制的圆环 放入温 度低于Tc 7 2K的空间 利用电磁感应使环内激发起感应电流 结果发现 环内电流能持续下去 从1954年3月16日始 到1956年9 月5日止 在两年半的时间内的电流一直没有衰减 这说明圆环内的 电能没有损失 当温度升到高于Tc时 圆环由超导状态变正常态 材料的电阻骤然增大 感应电流立刻消失 这就是著名的昂尼斯持 久电流实验 1 超导技术谈1911年 荷兰莱顿大学的卡茂林 昂尼斯意外地发现 将汞冷却到 268 98 C时 汞的电阻突然消失 后来他又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 由于它的特殊导电 性能 卡茂林 昂尼斯称之为超导态 卡茂林由于他的这一发现获得了1913年诺贝尔奖 这一发现引起了世界范围内的震动 在他之后 人们开始把处于超导状态的导体称之为 超导体 超导体的直流电阻率在一定的低温下突然消失 被称作零电阻效应 导体没有了电阻 电流流经超导体时就不发生热损耗 电流可以毫 无阻力地在导线中流大的电流 从而产生超强磁场 1933年 荷兰的迈斯纳和奥森菲尔德共同发现了超导体的另一个极 为重要的性质 当金属处在超导状态时 这一超导体内的磁感兴强 度为零 却把原来存在于体内的磁场排挤出去 对单晶锡球进行实验发现锡球过渡到超导态时 锡球周围的磁场突 然发生变化 磁力线似乎一下子被排斥到超导体之外去了 人们将 这种现象称之为 迈斯纳效应 后来人们还做过这样一个实验在一个浅平的锡盘中 放入一个体积 很小但磁性很强的永久磁体 然后把温度降低 使锡盘出现超导性 这时可以看到 小磁铁竟然离开锡盘表面 慢慢地飘起 悬空不 动 迈斯纳效应有着重要的意义 它可以用来判别物质是否具有超性 为了使超导材料有实用性 人们开始了探索高温超导的历程 从191 1年至1986年 超导温度由水银的4 2K提高到23 22K OK 273 C 86年1月发现钡镧铜氧化物超导温度是30度 12月30日 又将这一纪 录刷新为40 2K 87年1月升至43K 不久又升至46K和53K 2月15日 发现了98K超导体 很快又发现了14 C下存在超导迹象 高温超导 体取得了巨大突破 使超导技术走向大规模应用 超导材料和超导技术有着广阔的应用前景 超导现象中的迈斯纳效应使人们可以到用此原理制造超导列车和超 导船 由于这些交通工具将在无摩擦状态下运行 这将大大提高它 们的速度和安静性能 超导列车已于70年代成功地进行了载人可行性试验 1987年开始 日本国开始试运行 但经常出现失效现象 出现这种现象可能是由 于高速行驶产生的颠簸造成的 超导船已于1992年1月27日下水试航 目前尚未进入实用化阶段 利用超导材料制造交通工具在技术上还存在一定的障碍 但它势必 会引发交通工具革命的一次浪潮 超导材料的零电阻特性可以用来输电和制造大型磁体 超高压输电会有很大的损耗 而利用超导体则可最大限度地降低损 耗 但由于临界温度较高的超导体还未进入实用阶段 从而限制了 超导输电的采用 随着技术的发展 新超导材料的不断涌现 超导输电的希望能在不 久的将来得以实现 现有的高温超导体还处于必须用液态氮来冷却的状态 但它仍旧被 认为是20世纪最伟大的发现之一 2 超导技术及其应用比尔 李1911年 荷兰科学家昂内斯用液氦冷 却水银 当温度下降到 K时发现水银的电阻完全消失 这种现 象称为超导电性 1933年 迈斯纳和奥克森菲尔德两位科学家发现 如果把超导体放 在磁场中冷却 则在材料电阻消失的同时 磁感应线将从超导体中 排出 不能通过超导体 这种现象称为抗磁性 超导电性和抗磁性是超导体的两个重要特性 使超导体电阻为零的温度 叫超导临界温度 经过科学家们数十年的努力 超导材料的磁电障碍已被跨越 下一 个难关是突破温度障碍 即寻求高温超导材料 奇异的超导陶瓷1973年 人们发现了超导合金 铌锗合金 其临 界超导温度为23 2K 该记录保持了13年 1986年 设在瑞士苏黎世的美国IBM公司的研究中心报道了一种氧化 物 镧 钡 铜 氧 具有35K的高温超导性 打破了传统 氧化物 陶瓷是绝缘体 的观念 引起世界科学界的轰动 此后 科学家们争分夺秒地攻关 几乎每隔几天 就有新的研究成 果出现 1986年底 美国贝尔实验室研究的氧化物超导材料 其临界超导温 度达到40K 液氢的 温度壁垒 40K 被跨越 1987年2月 美国华裔科学家朱经武和中国科学家赵忠贤相继在钇 钡 铜 氧系材料上把临界超导温度提高到90K以上 液氮的禁区 77K 也奇迹般地被突破了 1987年底 铊 钡 钙 铜 氧系材料又把临界超导温度的记录提 高到125K 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1 00K以上 这在材料发展史 乃至科技发展史上都堪称是一大奇迹 高温超导材料的不断问世 为超导材料从实验室走向应用铺平了道 路 超群的超导磁体超导材料最诱人的应用是发电 输电和储能 由于超导材料在超导状态下具有零电阻和完全的抗磁性 因此只需 消耗极少的电能 就可以获得10万高斯以上的稳态强磁场 而用常规导体做磁体 要产生这么大的磁场 需要消耗3 5兆瓦的电 能及大量的冷却水 投资巨大 超导磁体可用于制作交流超导发电机 磁流体发电机和超导输电线 路等 在电力领域 利用超导线圈磁体可以将发电机的磁场强度提高到5万 6超导发电机万高斯 并且几乎没有能量损失 这种发电机便是交 流超导发电机 超导发电机的单机发电容量比常规发电机提高5 10倍 达1万兆瓦 而体积却减少1 2 整机重量减轻1 3 发电效率提高50 磁流体发电机高温导电性气体 等离子体 作导体 并高速通过磁 场强度为5万 6万高斯的强磁场而发电 磁流体发电机的结构非常简单 用于磁流体发电的高温导电性气体 还可重复利用 磁流体发电机同样离不开超导强磁体的帮助 磁流体发电发电 是利用超导输电线路耗地输送给用户 据统计 目前的铜或铝导线输电 约有15 的电能损耗在输电线路上 光是在中国 每年的电力损失即达1000多亿度 若改为超导输电 节省的电能相当于新建数十个大型发电厂 广阔的超导应用超导材料还可以用于制作超导电线和超导变压器 从而把电力几乎无损高温超导材料的用途非常广阔 大致可分为三 类大电流应用 强电应用 电子学应用 弱电应用 和抗磁性应 用 大电流应用即前述的超导发电 输电和储能 电子学应用包括超导 计算机 超导天线 超导微波器件等 抗磁性主要应用于磁悬浮列 车和热核聚变反应堆等 超导磁悬浮列车利用超导材料的抗磁性 将超导材料放在一块永久 磁体的上方 由于磁体的磁力线不能穿过超导体 磁体和超导体之 间会产生排斥力 使超导体悬浮在磁体上方 利用这种磁悬浮效应可以制作高速超导磁悬浮列车 超导计算机高速计算机要求集成电路芯片上的元件和连接线密集排 列 但密集排列的电路在工作时会发生大量的热 而散热是超大规 模集成电路面临的难题 超导计算机中的超大规模集成电路 其元件间的互连线用接近零电 阻和超微发热的超导器件来制作 不存在散热问题 同时计算机的 运算速度大大提高 此外 科学家正研究用半导体和超导体来制造晶体管 甚至完全用 超导体来制作晶体管 核聚变反应堆 磁封闭体 核聚变反应时 内部温度高达1亿 2亿 没有任何常规材料可以包容这些物质 而超导体产生的强磁场可以作为 磁封闭体 将热核反应堆中的 超高温等离子体包围 约束起来 然后慢慢释放 从而使受控核聚 变能源成为21世纪前景广阔的新能源 科学家新近创造出一种新的物质形态 并预言它将帮助人类做出下 一代超导体 以用于发电和提高火车的工作效率等多种用途 这种新的物质形态称作 费密冷凝体 是已知的第六种物质形态 前五种物质形态分别为气体 固体 液体 等离子体和1995年刚刚 发明的玻色一爱因斯坦冷凝体 费密子和玻色子的重大差异 体现在 自旋 这一量子力学特性上 费密子是像电子一样的粒子 有半整数自旋 如1 2 3 2 5 2 等 而玻色子是像质子一样的粒子 有整数自旋 如0 1 2等 这种自旋差异使费密子和玻色子有完全不同的特性 没有任何两个费密子能有同样的量子态它们没有相同的特性 也不 能在同一时间处于同一地点 而玻色子却能够具有相同的特性 因此 1995年物理学家将一定数量铷和钠原子冷却成玻色子时 大 部分原子变成了同样的低温量子态 实际上成为单一巨大的整体原 子玻色一爱因斯坦凝聚态 但像钾一40或锂一6这样的费密子 即使在很低的温度下 每种粒子 必定也有稍微不同的特性 xx年 物理学家找到了一个克服以上障碍的方法 他们将费密子成对转变成玻色子 两个半整数自旋组成一个整数自 旋 费密子对就起到了玻色子的作用 所有气体突然冷凝至玻色一 爱因斯坦凝聚态 奥地利英斯布瑞克大学的科学家将锂一6原子冷却 同时施加稳定磁 场 促使费密子结合在一起 美国科罗拉多 实验室天体物理学联 合研究所 采用的技术略有不同 他们将钾一40原子冷却后施加磁 场 通过磁场变化让每个原子强烈吸引附近的原子 诱发它们形成 成对原子 然后凝聚成玻色一爱因斯坦凝聚态 自从荷兰科学家海伊克 凯米林 昂纳斯于1911年首次发现超导现象 以来 科学家们对低温超导体和高温超导体的研究已取得了辉煌的 成就 超导体主要有两个基本特性 即 零电阻性或完全导电性 完全 抗磁性 因此 它在科研 生产的各个领域都有着广泛的应用 总体来说可分为两大类一类是用于强电 用超导体制成大尺度的超 导器件 如超导磁铁 电机 电缆等 用于发电 输电 贮能和交 通运输等方面 另一类是用于弱电 用超导体制成小尺度的器件 如超导量子干涉 器件 简称SQVID 和制成计算机的逻辑元件 用于精密仪器仪表 计算机等方面 1 超导发电超导体对人类社会影响最大的将是提供更多的电力 超 导用于发电的装置目前有磁流体发电 超导电机发电 热核聚变发 电三种 滋流体发电是一种高效 低污染 单机容量大 直接将热能转变为 电能的一种新型的发电方式 普通火力发电需把热能转化为机械能再转化为电能 效率最高只有3 3一36 磁流体发电是让煤 石油 天然气 加氧化剂 添加剂燃烧产生的 等离子体高速通过磁场 使热能直接转化为电能 磁流体一蒸汽联 合循环发电装置最高效率达到55 而且可自动脱硫 污染小 但这 种发电方式目前遇到的困难是当磁感应强度在1 5特以上时 磁流体 的铁芯逐渐处于磁饱和 磁场强度很难再提高 于是人们就想到超导体 如果利用超导磁体 那么就很容易在较大 体积内产生强度为几十特的磁场 且消耗的励磁功率很小 它具有 性能良好 质量小等优点 例如 磁感应强度可达4一5特的超导磁体 质量只有300一500克 而要产生同样磁场强度的磁体质量却有15一20吨 目前 美国 前苏联 日本都建有这种超导磁流体发电机 超导发电机发电是利用超导体制造发电机磁极绕组 不仅可大大增 加发电机的极限输出容量 而且效率高 体积小 质量小 可节约 大量电能和金属材料 常规的两极发电机的极限输出在现今条件下只能达到1 5 109瓦 但超导发电机则可达3 1010瓦 甚至更大 一台6 106瓦的电动机 常规质量为370 103千克 采用超导体材 料仅重40 103千克 又如目前已建成的一台5 106瓦超导交流发电 机 其功耗比普通电机减少三分之二 体积缩小百分之八十以上 因此有人估计 超导体可以把发电成本降低60 可以把经电缆输 电的成本降低10 这些优点使得它特别适宜于建造高效率的大型 发电站 移动电源及做为太空飞船的动力设备 超导体还可帮助科学家建立核聚变发电系统 这种发电系统是以氢 做燃料的 其反应温度与太阳的温度一样高 从理论上讲这种能源是取之不尽的 在实践上 关键问题是如何生 成足够强大的磁场来控制剧烈的热核反应 超导材料将能够解决这 个问题 超导体特性超导体是指在一定的温度下它的电阻值为0 由于超导体 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24 0K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 高温超导体高温超导体通常是指在液氮温度 77K 以上超导的材料 人们在超导体被发现的时候 1911年 就被其奇特的性质 即零 电阻 反磁性 和量子隧道效应 所吸引 但在此后长达七十五年的时间内所有已发现的超导体都只是在极低 的温度 23K 下才显示超导 因此它们的应用受到了极大的限制 1986年柏诺兹和缪勒发现了35K超