超导体的发展历史

1911年,荷兰科学家one用液氦冷却水银。当温度降至4.2 K时,水银的电阻完全消失。这种现象叫做超导,这个温度叫做临界温度。根据临界温度的不同,超导材料可以分为高温超导材料和低温超导材料。但是这里说的“高温”还是远远低于0℃的冰点,对于普通人来说是极低的。1933年,迈斯纳和奥克森菲尔德两位科学家发现,如果超导体在磁场中冷却,当材料电阻消失时,磁感应线会从超导体中放电,无法穿过。这种现象被称为抗磁性。通过科学家的努力,超导材料的磁电屏障已经被跨越,接下来的难点是突破温度屏障,即寻求高温超导材料。

1973年发现超导合金——n B- Ge合金,其临界超导温度为23.2K,保持了近13年。

1986年,美国IBM公司位于瑞士苏黎世的研究中心报道了一种氧化物(La,Ba,Cu氧化物)具有35K的高温超导性。此后,科学家几乎每隔几天就有新的研究成果。

1986年,贝尔实验室研究的超导材料临界超导温度达到40K,跨越了液氢的“温度屏障”(40K)。

1987期间,美籍华人科学家朱经武和中国科学家赵忠贤先后在钇钡铜氧材料上将临界超导温度提高到90K以上,液氮的“温度屏障”(77K)也被打破。1987年底,铊钡钙铜氧材料将临界超导温度提高到125K,从1986-1987短短一年多时间,临界超导温度提高了近100K。

早在1991年,法国物理学家利用中子散射技术在双氧化铜层YBA2Cu3O6+δ超导体单晶中发现了微弱的磁信号。

20世纪80年代是超导探索和研究的黄金时代。1981年合成了有机超导体。1986年,缪勒和伯诺兹发现了一种陶瓷金属氧化物LaBaCuO4,由钡、镧、铜和氧组成,其临界温度约为35K。由于陶瓷金属氧化物通常是绝缘物质,这一发现意义重大,缪勒和伯诺兹因此获得了诺贝尔物理学奖。

1987超导材料探索有新突破。美国休斯顿大学物理学家朱经武和中国科学院物理研究所赵忠贤先后研制出临界温度约为90K的YBCO (YBCO)。

1988年初,日本研制出临界温度为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。这种超导体被称为高温超导体,因为它的临界温度高于液氮温度(77K)。

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,又是磁体。1999科学家发现Ru-Cu化合物在45K具有超导性。由于其独特的晶体结构,该化合物在计算机数据存储方面的应用潜力将非常大。

自2007年12月起,中科院物理所陈根福博士致力于La、Fe、O、as非掺杂单晶的制备。今年2月18日,东京工业大学的Hideo Hoshino教授和他的合作者在《美国化学学会杂志》上发表了一篇两页的文章,指出掺氟La-O-Fe-As化合物在零下247.15摄氏度具有超导性。在长期研究中保持跨界关注习惯的陈根福和王楠林研究员立刻捕捉到了这条新闻的价值。王楠林的团队很快转向制作掺杂样品,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,物理所胡亥研究组通过将氧化镧铁砷材料中的三价镧替换为二价锶,发现了临界温度在-248.15摄氏度以上的超导性。

3月25日和26日,中国科学技术大学陈先辉课题组和物理研究所王楠林课题组分别独立发现临界温度超过-233.15摄氏度的超导体,突破了麦克米兰极限,被证明是非传统超导体。

3月29日,中科院院士、物理所研究员赵忠贤领衔的课题组通过,掺氟氧化镨铁砷化合物的超导临界温度可达-221.15摄氏度。4月初,该组发现无氟缺氧钐铁氧化物砷化合物的超导临界温度在压力下可以进一步提高到-218.15摄氏度。

为了证明(超导体)的电阻为零,科学家将一个铅环放入温度低于Tc=7.2K的空间中,利用电磁感应在环中感应出感应电流。结果表明,环内电流可持续两年半,从3月1954到9月5日1956。这表明环中没有电能损失。当温度上升到Tc以上时,环由超导态变为正常态,材料电阻突然增大,感应电流立即消失。