超導(dǎo)體及其應(yīng)用doc

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1、超導(dǎo)體及其應(yīng)用學(xué)院：化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院專業(yè)：化學(xué)101姓名：吳佳瑜摘要：自1911年初次發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)電現(xiàn)象以來,由于它的一系列異乎尋常的性質(zhì),長期以來成為物理學(xué)家致力于尋找新的超導(dǎo)體和提高超導(dǎo)臨界溫度Tc,并為此做了大量的研究工作,取得了巨大的,令人可喜的成績.目前人們已經(jīng)看到了廣闊的超導(dǎo)電性的應(yīng)用前景,高溫超導(dǎo)技術(shù)被認(rèn)為是21世紀(jì)十大高新技術(shù)之一.關(guān)鍵詞：超導(dǎo)臨界溫度Tc；零電阻效應(yīng)；邁斯納效應(yīng)；約瑟夫森效應(yīng)；超導(dǎo)電性；超導(dǎo)材料與應(yīng)用；1.超導(dǎo)體定義：超導(dǎo)體（英文名稱：superconductor）在足夠低的溫度和足夠弱的磁場(chǎng)下，其電阻率為零的物質(zhì)。一般材料在溫度接近絕

2、對(duì)零度的時(shí)候，物體分子熱運(yùn)動(dòng)幾乎消失，材料的電阻趨近于0，此時(shí)稱為超導(dǎo)體，達(dá)到超導(dǎo)的溫度稱為臨界溫度Tc。2.超導(dǎo)體的發(fā)展史：1911年：超導(dǎo)電性的發(fā)現(xiàn)　　1911年，荷蘭科學(xué)家卡末林—昂內(nèi)斯(HeikeKamerlingh-Onnes)用液氦冷卻汞，當(dāng)溫度下降到4.2K（﹣268.95℃）時(shí)，水銀的電阻完全消失，這種現(xiàn)象稱為超導(dǎo)電性，此溫度稱為臨界溫度。根據(jù)臨界溫度的不同，超導(dǎo)材料可以被分為：高溫超導(dǎo)材料和低溫超導(dǎo)材料[1]。但這里所說的「高溫」，其實(shí)仍然是遠(yuǎn)低于冰點(diǎn)0℃的，對(duì)一般人來說算是極低的溫度。1933年1933年，邁斯納和奧克森菲爾德兩位科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，如果把

3、超導(dǎo)體放在磁場(chǎng)中冷卻，則在材料電阻消失的同時(shí)，磁感應(yīng)線將從超導(dǎo)體中排出，不能通過超導(dǎo)體，這種現(xiàn)象稱為抗磁性。經(jīng)過科學(xué)家們的努力，超導(dǎo)材料的磁電障礙已被跨越，下一個(gè)難關(guān)是突破溫度障礙，即尋求高溫超導(dǎo)材料。1973年　　1973年，發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)合金――鈮鍺合金，其臨界超導(dǎo)溫度為23.2K（﹣249.95℃），這一記錄保持了近13年。1986年　　1986年，設(shè)在瑞士蘇黎世的美國IBM公司的研究中心報(bào)道了一種氧化物（鑭鋇銅氧化物）具有35K（﹣240.15）的高溫超導(dǎo)性。此后，科學(xué)家們幾乎每隔幾天，就有新的研究成果出現(xiàn)1986年，美國貝爾實(shí)驗(yàn)室研究的超導(dǎo)材料，其臨界超導(dǎo)溫度達(dá)到

4、40K（﹣235.15℃）液氫的“溫度壁壘”（40K）被跨越。1987年　　1987年，美國華裔科學(xué)家朱經(jīng)武以及中國科學(xué)家趙忠賢相繼在釔－鋇－銅－氧系材料上把臨界超導(dǎo)溫度提高到90K（﹣185.15℃）以上，液氮的“溫度壁壘”（77K）也被突破了。1987年底，鉈－鋇－鈣－銅－氧系材料又把臨界超導(dǎo)溫度的記錄提高到125K（﹣150.15℃）。從1986－1987年的短短一年多的時(shí)間里，臨界超導(dǎo)溫度提高了近100K?！　碜缘聡?、法國和俄羅斯的科學(xué)家利用中子散射技術(shù)，在高溫超導(dǎo)體的一個(gè)成員單銅氧層Tl2Ba2CuO6＋δ中觀察到了所謂的磁共振模式，進(jìn)一步證實(shí)了這種模式在

5、高溫超導(dǎo)體中存在的一般性。該發(fā)現(xiàn)有助于對(duì)銅氧化物超導(dǎo)體機(jī)制的研究?！　「邷爻瑢?dǎo)體具有更高的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度（通常高于氮?dú)庖夯臏囟龋?，有利于超?dǎo)現(xiàn)象在工業(yè)界的廣泛利用。高溫超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)迄今已有16年，而對(duì)其不同于常規(guī)超導(dǎo)體的許多特點(diǎn)及其微觀機(jī)制的研究，卻仍處于相當(dāng)“初級(jí)”的階段。這一點(diǎn)不僅反映在沒有一個(gè)單一的理論能夠完全描述和解釋高溫超導(dǎo)體的特性，更反映在缺乏統(tǒng)一的、在各個(gè)不同體系上普遍存在的“本征”實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。本期Science所報(bào)道的結(jié)果意味著中子散射領(lǐng)域里一個(gè)長期存在的困惑很有可能得到解決。早在1991年，法國物理學(xué)家利用中子散射技術(shù)在雙銅氧層YBa2Cu3O6＋δ超

6、導(dǎo)體單晶中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)微弱的磁性信號(hào)。隨后的實(shí)驗(yàn)證明，這種信號(hào)僅在超導(dǎo)體處于超導(dǎo)狀態(tài)時(shí)才顯著增強(qiáng)并被稱為磁共振模式。這個(gè)發(fā)現(xiàn)表明電子的自旋以某種合作的方式產(chǎn)生一種集體的有序運(yùn)動(dòng)，而這是常規(guī)超導(dǎo)體所不具有的。這種集體運(yùn)動(dòng)有可能參與了電子的配對(duì)，并對(duì)超導(dǎo)機(jī)制負(fù)責(zé)，其作用類似于常規(guī)超導(dǎo)體內(nèi)引起電子配對(duì)的晶格振動(dòng)。但是，在另一個(gè)超導(dǎo)體La2－xSrxCuO4＋δ（單銅氧層）中，卻無法觀察到同樣的現(xiàn)象。這使物理學(xué)家懷疑這種磁共振模式并非銅氧化物超導(dǎo)體的普遍現(xiàn)象。1999年，在Bi2Sr2CaCu2O8＋δ單晶上也觀察到了這種磁共振信號(hào)。但由于Bi2Sr2CaCu2O8＋δ與YBa

7、2Cu3O6＋δ一樣，也具有雙銅氧層結(jié)構(gòu)，關(guān)于磁共振模式是雙銅氧層的特殊表征還是“普遍”現(xiàn)象的困惑并未得到徹底解決。理想的候選者應(yīng)該是典型的高溫超導(dǎo)晶體，結(jié)構(gòu)盡可能簡(jiǎn)單，只具有單銅氧層。困難在于，由于中子與物質(zhì)的相互作用很弱，只有足夠大的晶體才可能進(jìn)行中子散射實(shí)驗(yàn)。隨著中子散射技術(shù)的成熟，對(duì)晶體尺寸的要求已降低到0.1厘米3的量級(jí)。晶體生長技術(shù)的進(jìn)步，也使Tl2Ba2CuO6＋δ單晶體的尺寸進(jìn)入毫米量級(jí)，而它正是一個(gè)理想的候選者。科學(xué)家把300個(gè)毫米量級(jí)的Tl2Ba2CuO6＋δ單晶以同一標(biāo)準(zhǔn)按晶體學(xué)取向排列在一起，構(gòu)成一個(gè)“人造”單晶，“提前”達(dá)到