一切源于對低溫的探索

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1、一切源于對低溫的探索奇異的低溫世界——超導(dǎo)與超流19世紀(jì)熱力學(xué)的發(fā)展熱力學(xué)第一定律第一類永動(dòng)機(jī)不可能實(shí)現(xiàn)能量是守恒的熱力學(xué)第二定律第二類永動(dòng)機(jī)不可能能量是自然流動(dòng)是有方向的19世紀(jì)末的達(dá)到的低溫關(guān)鍵人物——昂內(nèi)斯荷蘭萊登實(shí)驗(yàn)室，在卡末林昂內(nèi)斯的領(lǐng)導(dǎo)下于1908年液化了氦氣。4.25K~1.15K低溫下Hg的電學(xué)特性電阻突變~0K超導(dǎo)體與完全導(dǎo)體電導(dǎo)率無窮大導(dǎo)體內(nèi)電場為0導(dǎo)體內(nèi)磁場無變化兩種次序先降溫再加磁場先加磁場再降溫邁斯納效應(yīng)超導(dǎo)體具有完全抗磁性，不存在先后順序的差別。超導(dǎo)體不等于完全導(dǎo)體臨界磁場與臨界電流臨界磁場與臨界電流簡單公式推導(dǎo)高溫超導(dǎo)1986年10月

2、，柏諾茲等人提出了他們在Ba-La-Cu-O系統(tǒng)中獲得了Tc為33K左右的報(bào)道。同年12月15日，休斯頓大學(xué)報(bào)告了在處于壓力下的La-Ba-Cu-O化合物體系中獲得40.2K的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變。同年12月26日，中科院物理研究所宣布，他們成功地獲得轉(zhuǎn)變溫度48.6K的超導(dǎo)材料。到1987年2月16日。朱經(jīng)武的試驗(yàn)小組在92K處觀察到了超導(dǎo)轉(zhuǎn)變。同年2月24日，中科院物理研究所趙忠賢領(lǐng)導(dǎo)的研究集體宣布，液氮溫區(qū)超導(dǎo)體起始轉(zhuǎn)變溫度在100K左右。這時(shí)期超導(dǎo)臨界溫度突破液氮沸點(diǎn)77K大關(guān)，對人類具有劃時(shí)代的意義。高溫超導(dǎo)有機(jī)超導(dǎo)氦的超流氦一與氦二氦的超流宏觀量子效應(yīng)宏觀量子現(xiàn)象

3、是指在超低溫等某些特殊條件下，由大量粒子組成的宏觀系統(tǒng)呈現(xiàn)出的整體量子現(xiàn)象。宏觀物體由服從量子物理規(guī)律的微觀粒子組成，但其空間尺度遠(yuǎn)大于微觀粒子的德布羅意波長，故微觀粒子的量子特性(波動(dòng)性)被掩蓋掉了。宏觀量子效應(yīng)通常條件下，宏觀物體整體上并不顯示出量子效應(yīng)，然而，在低溫或粒子密度變大等特殊條件下，宏觀物體微觀組分的量子特性會(huì)互相影響而增強(qiáng)，通過長程關(guān)聯(lián)進(jìn)入能量較低的狀態(tài)，整體表現(xiàn)出奇特的量子性質(zhì)。例如，原子氣體的玻色-愛因斯坦凝聚、超流性、超導(dǎo)性和約瑟夫森效應(yīng)等都是宏觀量子現(xiàn)象。宏觀量子效應(yīng)在實(shí)現(xiàn)稀薄原子氣體的玻色-愛因斯坦凝聚之前，典型的玻色-愛因斯坦凝聚現(xiàn)象

4、是液氦超流性現(xiàn)象。與稀薄原子氣體不同的是，超流體中存在復(fù)雜的相互作用，因此，必須仔細(xì)區(qū)分這類凝聚現(xiàn)象是相互作用造成的，還是由于全同粒子的統(tǒng)計(jì)效應(yīng)引起的。氦4氣體在4.2開時(shí)變成液體，再降低至2.17開時(shí)，會(huì)突然變成沒有黏滯性的超流體。溫度低于這一臨界點(diǎn)的液氦相稱為氦Ⅱ相，高于這一臨界點(diǎn)的液氦相為氦Ⅰ相。宏觀量子效應(yīng)科學(xué)界曾認(rèn)為，由2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子形成的氦4原子核加上核外2個(gè)電子組成的氦4原子，是復(fù)合的玻色子。理論上預(yù)言玻色-愛因斯坦凝聚發(fā)生在3.1開處，同實(shí)驗(yàn)測得的2.17開相近。1940—1941年，蘇聯(lián)理論物理學(xué)家朗道提出了氦Ⅱ相超流性的量子理論，認(rèn)為氦Ⅱ相

5、存在比基態(tài)能量高的激發(fā)態(tài)，稱為元激發(fā)，它具有一定能量、質(zhì)量和速度，因而可用“準(zhǔn)粒子”來描述，是因相互作用或熱運(yùn)動(dòng)從基態(tài)激起的集體運(yùn)動(dòng)模式。宏觀量子效應(yīng)朗道認(rèn)為，基態(tài)代表超流體，準(zhǔn)粒子代表正常流體。在絕對零度時(shí)，不存在準(zhǔn)粒子；溫度低于臨界點(diǎn)時(shí)，超流體中有兩類準(zhǔn)粒子(聲子和旋子)，它們都是理想玻色氣體；溫度處于臨界點(diǎn)時(shí)，發(fā)生玻色-愛因斯坦凝聚；溫度超過臨界點(diǎn)時(shí)，液氦是正常液體，這就是氦Ⅰ相。用長波長的中子散射氦Ⅱ研究準(zhǔn)粒子的能量與速度的關(guān)系，證實(shí)了朗道的理論。