高溫超導體

高溫超導體是超導物質中的一種族類，具有一般的結構特徵以及相對上適度間隔的銅氧化物平面。它們也被稱作銅氧化物超導體。高溫超導體並不是大多數人認為的幾百幾千的高溫，只是相對原來超導所需的超低溫高許多的溫度，不過也有零下200攝氏度左右。而在人類所研究的超導中溫度算提高非常多，所以稱之為高溫超導體。

基本介紹

• 中文名：高溫超導體
• 外文名：High temperature superconductor
• 族類：超導物質
• 材料：在液氮溫度（77 K）以上超導
• 別稱：銅氧化物超導體
• 學科：材料學

簡介

高溫超導體通常是指在液氮溫度（77 K）以上超導的材料。人們在超導體被發現的時候（1911年），就被其奇特的性質（即零電阻，反磁性，和量子隧道效應）所吸引。但在此後長達七十五年的時間內所有已發現的超導體都只是在極低的溫度（23 K)下才顯示超導，因此它們的套用受到了極大的限制。

發現

1986年柏諾茲和繆勒發現了35K 超導的鑭鋇銅氧體系。這一突破性發現導致了更高溫度的一系列稀土鋇銅氧化物超導體的發現。通過元素替換，1987年初美國吳茂昆（朱經武）等和我國物理所趙忠賢等宣布了90K 釔鋇銅氧超導體的發現，第一次實現了液氮溫度（77 K）這個溫度壁壘的突破。柏諾茲和繆勒也因為他們的開創性工作而榮獲了1987年度諾貝爾物理學獎。

這類超導體由於其臨界溫度在液氮溫度（77K）以上，因此通常被稱為高溫超導體。液氮溫度以上釔鋇銅氧超導體的發現，使得普通的物理實驗室具備了進行超導實驗的條件，因此全球掀起了一股探索新型高溫超導體的熱潮。1987年底，我國留美學者盛正直等首先發現了第一個不含稀土的鉈鋇銅氧高溫超導體。1988 年初日本研製成臨界溫度達110K的鉍鍶鈣銅氧超導體。1988年2月盛正直等又進一步發現了125K 鉈鋇鈣銅氧超導體。幾年以後（1993年）法國科學家發現了 135K 的汞鋇鈣銅氧超導體。

分類

高溫超導體包括四大類：90K的稀土系，110K的鉍系，125K的鉈系，和135K的汞系。它們都含有銅和氧，因此也總稱為銅氧基超導體。它們具有類似的層狀結晶結構，銅氧層是超導層。高溫超導體已經取得了實際套用，開始為人類造福。例如，釔鋇銅氧超導體和鉍系超導體已製成了高質量的超導電纜。而鉈鋇鈣銅氧超導薄膜製成的裝置，早在上世紀末就安裝在行動電話的發射塔中，增加容量，減少斷線和干擾。

例子

高溫超導銅氧化物超導體包括a1.85Ba0.15CuO4, 及YBCO (釔-鋇-銅-氧化合物),都是著名的材料突破液氮的“溫度壁壘”（77K）。

溫度; （開爾文）	材料	種類
203	H2S(150 GPa高壓)	氫基超導體
195	乾冰的升華點
138	Hg12Tl3Ba30Ca30Cu45O127	銅氧化物超導體
110	Bi2Sr2Ca2Cu3O10（BSCCO）
92	YBa2Cu3O7（YBCO）
77	液態氮的沸點
43	SmFeAs(O,F)	鐵基超導體
41	CeFeAs(O,F)
26	LaFeAs(O,F)
20	液態氫的沸點
18	Nb3Sn	金屬低溫超導體
10	NbTi
4.2	Hg（汞）

展望

新的和更高溫度超導體的探索工作一直在緊張地進行著。因為高溫超導理論還沒有很好的建立，探索工作的進展是緩慢的。雖然新超導體和更高溫度超導性時有報導，但真正的新突破還沒有取得。

為什麼許多超導材料都需要在很低的溫度下才能具有超導現象？是因為在常溫下，導體原子之間存在空隙，電子在原子之間運動時，要穿越這些空隙，對原子產生碰撞，使原子振動發熱形成電阻。在極低溫度下，導體原子之間幾乎沒有空隙，電子可以不對原子產生碰撞而自由通過。今後常溫超導材料的研究應該選擇合適的不同元素混合，讓大小不同、形狀不同的原子組合在一起，讓原子之間沒有空隙，使電子能夠自由通過，不對原子產生碰撞。常溫超導材料研製的難點在於許多材料的原子在常溫下都會振動，而且原子之間的空隙比較大。只要混合元素選擇得當，常溫超導材料很快就能大規模生產。

我們相信，曾在銅氧基高溫超導體領域中取得過驕人成就的炎黃子孫，一定會在實現人類室溫超導體夢想的征途上作出更為輝煌的貢獻。

一些超導體及其臨界轉變溫度

臨界轉變溫度Tc(開爾文，K)	材料/物質沸點	種類
138K	Hg12Tl3Ba30Ca30Cu45O127	銅氧化物超導體
110K	Bi2Sr2Ca2Cu3O10 (BSCCO)
92K	YBa2Cu3O7 (YBCO)
77K	N2的沸點	——
43K	SmFeAs(O,F)	鐵基超導體
41K	CeFeAs(O,F)
26K	LaFeAs(O,F)
20K	H2的沸點	——
18K	Nb3Sn	金屬低溫超導體
10K	NbTi
4.25K	He的沸點	——
4.2K	Hg (汞)	金屬低溫超導體