超导电性发现的历史回顾

回顾了超导电性发现的科学技术条件、过程,以及这一过程中的科学思想方法和经验,说明了超导电性的发现并非是偶然的,通过对超导电性发现的历史回顾,希望能对掌握科学发展的基本规律有所裨益。     

高TcY·Ba·Cu·O超导体应用于物理实验教学的一个装置

前言尽管世界上发现超导电性已有数十年历史,但超导温度最高的合金铌三锗(Nb_3Ge),才不过23.2K.因此传统的超导体应用于物理实验教学,由于受各方面条件的限制在国内实际上还是空白.去年.瑞士IBM的J.G.Bednorz和K.A.M(?)ller发现了Ba·La·Cu·O存在超导电性.不久,这类材料的超导转变温度在国内外同时被提     

超导材料、理论新进展及应用前景

 自从1911年卡末林·昂尼斯首次发现超导电性以来,已经历了四分之三世纪以上的岁月了.然而,人类对超导电性的研究和应用仍然没有达到完美的境地.尽管如此,超导电性学科和技术仍已步入它的青壮年时期,并且人们认识到:一旦室温超导材料被发现,则人类现代技术文明的一切都将随之发生巨大变革.一、高温氧化物新超导材料的发现直到1985年,人类发现的超导材料的超导转变温度T_c都较低,只能在液态氦温度下工作,这个条件限制了超导技术的应用.想方设法提高T_c是几十年来人们努力寻求的目标,其中一个方向就是研究氧化物超导体.这始于几十年前,从当时的尺度来看,已获得T_c值不算很低的研究结果,因而一直受到关注.     

纳米量级超导Al粒子在磁场中的Zeeman分裂

用随机矩阵理论对BCS理论中的自洽方程进行修正.由此得到的新自洽方程能合理地描述纳米量级Al粒子的超导电性.更进一步论证在外磁场作用下,s>0态由于Zeeman效应得出了实验中已观测到的超导增强效应. 关键词： 纳米粒子 超导电性 Zeeman分裂     

YBa_2Cu_(3-x)Zn_xO_(7-y)体系的超导电性和热稳定性

制备了 YBa_2Cu_(3-x)Zn_xO_(7-y)系列单相样品,X-射线衍射法分析了样品的结构,测量了各样品的 R-T 关系和热分解温度.首次在该体系中发现了 Cu-O 而支配超导电性的实验证据.实验还表明.随着 x 值的增大,样品的热分解温度从1007℃ 逐渐降低到940℃.热稳定性与结构参数、超导电性有较强的关联.     

Nb1-xB2(x=0～0.7)超导体的高压合成和超导电性

利用高温高压手段合成了系列Nb缺位的Nb1-xB2超导体.在x=0～0.7的范围内都可得到单相的AlB2结构样品.整配比的NbB2中未发现超导电性,当x大于零后,可观察到超导电性出现.最高转变温度Tc接近9K.     

电子型超导体Pr1.85Ce0.15CuO4-δ中Cu位V替代对超导电性的影响

本文研究了Pr1.85Ce0.15CuO4-δ(PCCO)中V4 离子替代Cu2 离子后对其超导电性的影响.Pr1.85Ce0.15Cu1-xVxO4-δ(x=0～0.10)电阻率测量结果显示:微量(x≤0.04)V4 离子替代Cu2 离子可以改善样品的超导电性;随着替代量的增加,体系的超导电性逐渐被抑制,x=0.08时超导电性消失.我们主要从样品的微观结构和载流子浓度两个方面的变化分析了V4 替代Cu2 对PCCO超导电性的影响机制.霍尔系数实验结果表明,替代量较少时,体系中载流子浓度随着x的增加而增加,有助于超导电性的改善,但是当替代量增加到一定程度时,晶格畸变程度的增大和顶点氧的出现,抑制了超导电性.     

SmFeAsO0.78F0.22中Mn掺杂对超导电性的抑制效应

本文报道了Mn替代Fe对最佳掺杂的Sm-1111体系超导电性的影响.通过电输运及磁性质的测量发现Mn对Fe的替代迅速抑制了超导电性.随着Mn含量的增加,体系的电阻率ρ和磁化率M逐渐增大.对于低掺杂x＜0.25%和未掺杂样品,M接近零,对于≤1%,M从室温到超导转变几乎不变,实验指出Fe2+失去其磁性.我们提出这是由于F...     

掺杂MgCNi3超导电性和磁性的第一性原理研究

从第一性原理出发，计算了MgCNi₃的电子能带结构.MgCNi₃中C 2p与Ni 3d轨道杂化使穿梭费米面上的Ni 3d能带表现出平面性，费米面落在态密度范霍夫奇异(vHs)峰的右坡上.vHs峰上大的电子态密度和铁磁相变点附近的自旋涨落是决定MgCNi₃超导电性的重要因素.研究了三种替代式掺杂对其超导电性和磁性的影响，发现电子掺杂使费米能级下滑到态密度较低的位置，导致体系转变为无超导电性的顺磁相；同构等价电子数的金属间化合物的轨道杂化，引起费米面上态密度的减少，降低了超导电性；而空穴掺杂使费米面向vHs峰值方向移动，虽然费米面上电子态密度增大可能提高超导电性，但增强了的Ni原子磁交换作用产生铁磁序，破坏了超导电性. 关键词： 电子结构 超导电性 磁性 掺杂     

从Mott绝缘体到高温超导体:自旋磁性与超导电性的互偶关系

作者最近的一项理论工作对高温超导体作为一种掺杂Mott绝缘体进行了新的探索 ,得到一个长波低能极限的有效理论 ,强调了自旋反铁磁性和超导电性之间的拓扑互偶关系 .这个理论能够为一大类具有本质性和挑战性的高温超导现象提供简明的解释 ,给出掺杂Mott绝缘体的超导电性的“指纹”特征 ,并给出若干有趣的理论预言 .     

金属小颗粒超导电性研究北大核心CSCD

采用两带Richardson模型,用随机矩阵理论方法研究了具有高斯能级分布的金属小颗粒的超导电性.结果表明,带间相互作用有利于金属小颗粒的超导电性.对于每一个自旋S基态,都存在着对应的超导临界尺寸lc,当金属小颗粒的线度小于lc时,超导电性消失;S越大,lc越大;对于S≠0的自旋基态,只有超导衰减现象,对于S=0的自旋基态,随着颗粒尺寸的减小,先出现超导增强现象,随后出现超导衰减现象,理论结果与实验符合.     

高温超导电性:过去、现在和将来

我在加利福尼亚写这篇短文.这里使我想起了20年前,也就是1969年,Felix Bloch和我从这里出发去檀香山参加William Little组织的一个有关有机和高温超导体的会议[1].当时,一位著名的专家曾认为这次会议颇为荒唐,因为那时既不存在有机超导体,也不存在层状的或高温的超导体.然而不久以后,1971年开始了关于层状化合物的研究;1980年合成了有机超导体;最终于1986-1987年发现了稳定、可重复的高温超导体.随着当前高温超导电性研究的迅速推进,在实验和理论方面都展开了激烈的竞争,这一领域中以前的发展实际上已彼忘却.我不打算在此讨论高温超导电性…     

金属小颗粒超导电性研究

采用两带Richardson模型,用随机矩阵理论方法研究了具有高斯能级分布的金属小颗粒的超导电性.结果表明,带间相互作用有利于金属小颗粒的超导电性.对于每一个自旋S基态,都存在着对应的超导临界尺寸lc,当金属小颗粒的线度小于lc时,超导电性消失;S越大,lc越大;对于S≠0的自旋基态,只有超导衰减现象,对于S=0的自旋基态,随着颗粒尺寸的减小,先出现超导增强现象,随后出现超导衰减现象,理论结果与实验符合.     

高压下富氢化合物的结构与奇异超导电性

在富氢化合物中,一方面由于非氢元素的存在会对氢的子晶格产生化学预压作用,这些体系比纯氢更容易金属化.另一方面由于含氢量较多,富氢化合物可能会具有像金属氢那样较高的超导转变温度,有望成为超导家族的新成员—–氢基超导体.高压下富氢化合物的结构及超导电性已成为物理、材料等多学科的研究热点,最近理论和实验发现硫氢化合物在高压下的超导转变温度达到200 K,创造了高温超导新纪录,进一步推动了人们对富氢化合物超导电性的研究.本文主要介绍了近年来高压下几种典型富氢化合物的结构、稳定性、原子间相互作用、金属化及超导电性,希望未来能在富氢化合物中寻找到具有更高超导转变温度的超导体.     

磁悬浮列车与超导

据悉,在不久的将来,建造从北京到上海的长距离磁悬浮列车,到那时,乘坐磁悬浮列车从上海到北京只需4个小时. 超导是超导电性的简称,它是指金属、合金及其氧化物的电阻变为零的性质.自1911年荷兰物理学家昂纳斯(H.K.Onnes)发现低温超导现象以来,对超导的研究和应用,特别是1986年后高温超导的研究和应用,已取得重大进展.     

抵御大变形超导体的发现

超导体在压力的作用下会产生原子间距的缩小,进而导致晶格参数的改变,甚至能使其原子排列规律变化,引发结构相变.超导体的超导电性是一种演生现象,是由超导体中所包含的电荷、自旋、轨道、晶格等多种相互作用的自由度所决定的.因此,当超导体在外部压力作用下发生晶体结构的变化,通常都会引起超导电性的改变,尤其超导转变温度的变化.本文介绍近年发现的一类能够抵御大变形的超导体(robust super-conductivity against volume shrinkage, RSAVS)——这类超导体在压力作用下,即使发生很大的体积压缩,其超导转变温度仍保持不变.这种奇异的能抵御压缩变形的稳定超导电性最初是在对高熵合金的高压研究中观察到的,后续研究发现在广泛应用的商业化NbTi合金以及Nb, Ta等金属元素超导体中也具有这种可抵御大变形的超导电性.分析结果显示,这类超导体都具有体心立方晶体结构,并由过渡族金属元素构成.这种超导体的发现为统一理解“什么因素决定了超导体的超导转变温度?”这一关键问题提出了新的研究课题和挑战.     

硼在高压下的超导电性

20 0 1年 1月ＭｇＢ2 超导电性 (Ｔｃ～ 39Ｋ)的发现 ,重新燃起了人们研究轻元素超导电性的兴趣 .表 1给出了迄今已发现的轻主族元素超导体和它们的Ｔｃ.其中碳超导电性 (Ｔｃ ～ 5 2Ｋ)是通过场效应电荷转移技术对Ｃ60 晶体进行空穴掺杂而实现的 ;大块铍的Ｔｃ 原本仅 2 6ｍＫ ,但在亚稳态薄膜样品中 ,它增加到了 10 5Ｋ .硼在常压下是半导体 ,用 4 88ｎｍ的Ａｒ离子激光照射 ,它展现出强的光电导 ,具有 1 6ｅＶ的能隙 .最近 ,来自美国华盛顿Ｃａｒｎｅｇｉｅ研究所的Ｅｒｅｍｅｔｓ等发现 ,由 2 0面体团簇分子Ｂ12 键联而成的β型多晶…     

高温超导体中的电-声子相互作用

1911年 ,卡末林·昂内斯在金属汞中发现了超导电性 .在之后的很长一段时间内 ,人们对其中的机理认识很少 .直到 195 7年 ,ＢＣＳ理论的发表才为超导电性奠定了理论基础 .传统理论认为 ,在转变温度Ｔｃ 以下 ,超导库珀对的密度随温度降低而不断增加 ,形成库珀对所需的电子 -电子吸引不是瞬时的和超距的 ,而是靠晶格振动的中介 (电子吸收或发射声子 ) .ＢＣＳ理论的实验验证实现于 2 0世纪 6 0年代 .俄罗斯物理学家Ｅｌｉａｓｈｂｅｒｇ以方程组的形式将电 -声子相互作用纳入ＢＣＳ理论 ,并对超导体的声子谱作出预言 .之后 ,ＭｃＭｉｌｌａｎ…     

LaO1-xFxBiS2 层状材料超导电性研究

层状材料一直是超导研究领域的热点材料, 陆续有数十种新型的层状超导材料被不断发现, 从至今为止超导转变温度最高的铜氧化物材料, 到铁基超导, 再到诸多新型的层状材料, 学者们关于超导微观机制的理解也在随之更新, 从取得成功的 Bardeen-Cooper-Schrieffer 经典理论到至今无法解释的非常规超导机制, 研究之路从未停止. 本文将研究利用助熔剂法合成的 LaO1 -xFxBiS2 材料的结构、 电阻、 磁化率等性质, 并与国际社会上已存在的研究成果进行对比, 同时从晶体结构、 压力效应、 体超导电性、 临界温度、 微观机制五个方面, 对近年发现的镧系铋硫基层状超导材料的研究情况进行讨论.     

压力下铁砷基化合物的超导电性研究

随着高压实验设备与技术的不断发展,压力作为对物质状态调控的独立变量在凝聚态物理研究中得到了越来越广泛的应用.高压研究对发现新材料、新现象、新规律及对其形成机理的理解和对相关理论的验证起到了不可替代的重要作用,近年来在对铁基超导体超导电性的高压研究中取得的诸多重要研究进展充分说明了这一点.本文简要介绍了在压力下铁砷基超导体中呈现出的一些有趣的物理现象及其所反映出的物理内涵,例如,压力下对1111体系超导电性的研究在指导常压下用小离子半径元素替代获得最高超导转变温度的铁砷基超导体和推测铁砷基超导体超导转变温度上限等方面起到了重要作用;压力可抑制122体系母相的磁有序进而诱发超导电性,并揭示出Eu-122体系中Eu离子插层的磁有序与FeAs层超导电性的关系;在新型铁砷基超导体Ca_(0.73)La_(0.27)FeAs_2中发现的压致双临界点现象等.希望本文能对读者了解铁砷基超导体的高压研究进展情况有所帮助.