超导体的发现

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一、超导现象与超导体

超导现象是某些物质在低温下出现的电阻为零和排斥磁感线的现象，这类物质称为超导体，

1911年，荷兰物理学家昂里斯发现。当温度降到4.2K时，水银的电阻突然消失，他第一次发现了超导电现象，从水银电阻随温度变化的实验曲线图中可以看到，当温度T>T1时，水银具有通常的导电性，处于正常态；当T

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，磁感应线将不能通过超导体，这种现象称为抗磁性。

超导体的理想导电性和完全抗磁性是超导体的两个独立而又相互联系的基本性质。常用来作为确定物质是否具有超导性的判据，理想导电性处于超导态下的超导体的电阻极小，在目前的测量精度内测不出来，说明其电阻率的上限为1027Ω・m，仅为室温下铜的电阻率(1.67×10-8Ω・m)的千亿亿分之一，完全可以视为零。

1973年，发现超导合金――铌锗合金，其临界超导温度为23.2K，这一纪录保持了近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纪录提高到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100K。

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2007年12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2008年2月18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》上发表了一篇文章，指出氟掺杂镧氧铁砷化合物在零下247.15℃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248.15℃以上的超导电性。

3月25日和3月26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233.15℃的超导体。突破麦克米兰极限，证实为非传统超导。

3月29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221.15℃。4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218.15℃。

二、超导体的应用

超导材料最诱人的应用是发电、输电和储能，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。

超导发电机在电力领域。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，整机重减轻1／3，发电效率提高50％。

磁流体发电机磁流体发电机同样离不开超导强磁体的帮助，磁流体发电，是利用高温导电性气体(等离子体)作导体，并高速通过磁场强度为5-6万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。

超导输电线　路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，每年的电力损失就达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。

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，由于磁体的磁感线不能穿过超导体，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造高速超导磁悬浮列车。

超导计算机　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造晶体管，

核聚变反应堆“磁封闭体”核聚变反应时，内部温度高达1-2亿摄氏度，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。

有位超导专家说过：“如果在常温下，例如300K左右能实现超导电现象，则将使现代文明的一切技术发生变化，”可以预见，超导将在能源、通信、计算机、医疗、交通各个领域中大显身手，为人类造福。