超导及其应用专题编者按

1911年荷兰科学家Heike Kamerlingh Onnes首次在金属汞中发现超导现象以来,超导作为人类发现的第一个宏观量子现象已经有百余年的研究历史.在这百余年的时间里,人们对传统的低温超导材料的认识及应用已经取得了巨大的成就,尤其是关于其超导机理的BCS理论的建立极大地推动了凝聚态物理的发展.在铜氧化物高温超导体发现后的近三十余年里,源于对其机理的研究开辟了基础物理新的领域,也为超导体的应用带来了新的技术.然而,非常规高温超导机理的研究和高临界参数的新超导体的探索仍面临许多挑战.     

超导及其军用前景

 1911年荷兰科学家昂内斯(Ｈ.Ｋ.Ｏｎｎｅｓ)在测量汞电阻实验中发现了超导,从此,超导走进人类社会。超导体处于超导态时电阻率为零,且具有完全抗磁性,正由于它这不同寻常的特性,潜藏着无比广阔的应用前景,几十年来吸引着大批科学家孜孜不倦地探索它的奥秘。近年来超导研究飞速发展,不少国家在实用化超导技术的开发应用中取得累累硕果,大批超导产品纷纷问世。据国际超导产业技术研究中心等机构预测,到2020年,超导产业在电子和医疗等领域将发挥重要作用,会发展成1500亿美元的巨大国际市场。     

浅谈超导性

1911年 ,昂内斯在莱顿实验室发现超导电性 ,这一发现标志着人类对超导研究的开始。从那以后 ,世界各国的科学家们一直致力于如何提高材料的临界温度 ,以及寻求高临界温度的材料。直到1986年发现氧化超导体以后 ,才为高温超导体的研究开辟了新的道路 ,将超导体从金属合金和化合物扩展到氧化物陶瓷。超导材料广阔的应用领域 ,潜在的经济价值 ,使超导电性的研究和探索在 2 1世纪仍将具有重要的位置。这也是许多人所关心的话题 ,本文将向广大物理爱好者简单地介绍有关超导的性质、理论解释和实际应用三个方面的知识。一、超导的几个主要性质零电…     

超导电性的研究及应用

 1911年,荷兰莱顿大学的卡茂林-昂尼斯(H.KamerlinghOnnes)在实验中发现将汞冷却到绝对温度4.2K时(-268.98℃,绝对温度零度相当于零下273摄氏度)其电阻突然消失并由此开始了超导研究,昂尼斯称这种处于超导状态的导体为超导体。昂尼斯也凭这一发现获得了1913年的诺贝尔物理学奖。一、超导体的特性和分类超导体电阻突然变为零的温度叫超导临界温度(TC)。目前已经发现的一半的金属元素和成百上千种合金与化合物都是超导体,但是他们的转变温度TC都较低。直到20世纪80年代中期TC也未能突破30K大关,人们把此类超导体称之为常规超导体。     

低维超导的实验进展

超导自发现以来, 已成为凝聚态物理领域最重要的方向之一. 近年来, 低维材料制备技术的进步使得一维或二维的超导特性实验研究成为可能. 本文在简要介绍超导现象的基础上, 重点回顾了近些年二维超导薄膜和一维超导纳米线的制备和电输运研究, 以及在低维超导体中发现的相移、近邻效应、铁磁超导相互作用和高温超导等新奇的现象, 并对该领域的进一步发展做出了展望.     

超导简史

 超导现象最初是1911年由荷兰物理学家昂内斯(Onnes)发现的。1908年,昂内斯首次获得液化的氦,并且在液氦温度(4.2K)下研究各种物质的电学特性。他发现,在温度为4.2K时,汞的电阻突然消失。1933年,迈斯纳(Meissner)和奥森菲尔德(Os-chenfeld)发现,处于弱磁场中的超导体会将磁场从内部排斥出来(见图1),这就是迈斯纳效应。1945年,俄罗斯物理学家阿卡迪也夫(Arkadiev)利用这一特性首次演示了将一块小的条形磁铁悬浮于超导体的上方的实验(见图2)。随后而来的几十年,其他超导材料--金属、合金、化合物的超导材料相继找到。     

高温超导体电子结构和超导机理的角分辨光电子能谱研究

超导是一种奇异的宏观量子现象.100多年来,已发现的超导体主要分为两类:以金属或者合金为代表的常规超导体以及以铜氧化物和铁基高温超导体为代表的非常规超导体.常规超导体的超导机理能被BCS超导理论完美解释,但高温超导体的超导机理至今仍未达成共识,已经成为凝聚态物理领域中长期争论且充满挑战的重大科学问题.从实验上揭示非常规超导材料的微观电子结构,是理解其奇异正常态和超导电性机理、建立新理论的前提和基础.角分辨光电子能谱技术,由于可以实现对材料中电子的能量、动量和自旋的直接测量,在高温超导研究中发挥了重要的作用.本文综述了我们利用角分辨光电子能谱技术在铜氧化物和铁基高温超导体电子结构和超导机理研究中取得的一些进展,主要包括母体的电子结构、正常态的非费米液体行为、超导态的能带和超导能隙结构以及多体相互作用等.这些结果为理解铜氧化物和铁基高温超导体的物性及超导机理提供了重要的信息.     

旋转超导体中的电流与电磁场

采用半经典理论方法,对旋转超导体内的电流和电磁场进行理论分析.在把非惯性力场等效为真实力场并假设其适用于量子力学的基础上,获得超导电子所满足的薛定谔方程和概率密度流表达式.发现超导电子的正则动量和空间相位的梯度有正比例的关系;发现在没有外电场和外磁场情况下,匀速转动的超导体内出现净电荷电场、磁场,表面出现净电荷及超导电流 关键词： 旋转超导体 超导电流 磁场 半经典理论     

新型铁基超导体材料的研究进展

文章主要介绍了碱金属插层法合成新型铁基超导体的研究进展.通过采用碱金属K对FeSe层状材料插层的方法,得到了一种新型的铁基超导体K0.8Fe1.7Se2,并对该材料的晶体结构与物性进行了研究.结果表明,该化合物的超导转变温度达到30K,这是FeSe体系在常压下的最高超导转变温度.同时,观察到该体系中存在转变温度为43K的超导相,但未得到纯相.通过磁性元素Co的掺杂研究,进一步加深了对K0.8Fe1.7Se2体系超导演化规律的认识.该超导体的发现对深入认识铁基超导体的超导机理,探索具有更高超导转变温度的铁基超导体具有重要意义.     

超导与自旋涨落

在常规超导体中,库珀对是由于电子与声子之间的相互作用而形成的.在此过程中,人们可以只考虑电子的电荷性质与声子之间的关联.然而在所谓的非常规超导体中,人们意识到一些其他类型的元激发也可能导致超导现象,而自旋涨落则可能是其中最重要的一种.在大多数非常规超导体中,都可以发现自旋涨落的身影.而在一些重要的体系中,包括铜基超导体、铁基超导体以及一些重费米子超导体体系等,可以确切地说,自旋涨落起到了关键的作用,尽管其相对应的超导机制仍然还不清楚.文章简单介绍了自旋涨落与超导电性之间的关联.     

一种基于迈斯纳效应的超导电机的驱动力的计算

超导体的迈斯纳效应是超导体的特有的性质之一,超导驱动的电机正是利用超导体的这个性质而设计的一种新型电机,由于驱动原理与传统的电机有很大的不同,这种电机的驱动力的计算一直是这种超导电机设计中要解决的主要问题,针对一种结构的电机,利用理论分析和数值计算的方法计算了一种基于超导体迈斯纳效应的超导电机驱动力的大小,为这种电机的设计提供了主要依据。     

“111”铁基超导体系的发现及压力效应研究

2008年发现的铁基超导体引发了全球超导研究的热潮。在本研究小组发现的铁基“111”体系的基础上,重点介绍“111”体系铁基超导体的压力效应,包括:“111”体系的3个组元LiFeAs、LiFeP、NaFeAs的超导转变随压力的演化;运用压力调控,获得“111”体系的最高超导转变温度;结合同步辐射技术,发现压力调控的“111”型铁基超导体的等结构演化以及对超导起关键作用的As-Fe-As键长和键角与超导转变温度的关联。     

促进我国超导高技术产业的形成和发展

促进我国超导高技术产业的形成和发展　　　甘子钊（北京大学物理系北京１００８７１）自从１９１１年荷兰科学家卡末林·昂内斯发现超导电现象以来，超导电性的研究一直是科学界很重视的一个领域。这不仅是因为超导电性从本质上说是一种在宏观尺度上的量子力学现象，超导...     

相位与约瑟夫森效应及其在超导中的应用

 许多物理效应(如多普勒效应,约瑟夫森效应、ＡＢ效应、干涉效应、量子霍尔效应)都与相位紧密相关,且相位的物理效应已在很多领域中得到了验证和应用。本文就相位与约瑟夫森效应及其在超导现象中的应用进行分析和讨论。一、约瑟夫森效应当两块超导体之间所夹绝缘层的厚度很薄(10-7ｃｍ左右)时,两超导体中的电子对会因隧道效应而耦合,电子对将从一块超导体进入另一超导体,形成超导(隧导)电流,而两超导区的电子对波函数具有确定的相位关系,这种现象称为约瑟夫森效应。1962年约瑟夫森研究了两块超导体被一层薄绝缘层分开的Ｓ-Ｉ-Ｓ结,即超导的隧道结,从理论上预言将会有以下的物理效应。     

碳基超导体的最新研究进展北大核心CSCD

碳基超导体是未来超导体发展方向之一,具有重大的研究意义.本文阐述了碳基超导体的分类,制备方法,超导性能的进展和研究现状,对其新的实验结果给予了特别的关注.总结了各类碳基超导材料的利弊.并着重从实验研究入手以及对现状的了解,展望了对碳基超导的研究方向.     

低温和高温超导电动/发电机发展概述

自1911年发现超导电性起,如何将这种神奇导体应用到与电相关的领域一直是电工科学的焦点之一.目前超导体的应用研究在多个领域取得了实质性进展,处于工业应用的前期,这其中就包括超导电机(含电动机和发电机)的应用.本文以1986年高温超导陶瓷材料的发现为界限,按国别分类,介绍了低温超导电机和高温超导电机的发展历程及研究现状,并对不同类型超导电机的优缺点及其应用前景进行了分析.     

超导各向异性的研究现状简述

自从观察到临界电流随磁场偏角发生变化的现象以来（临界电流的各向异性）,如何在提升临界电流的同时降低各向异性成为了获得高性能超导体的主要考量。本文将以临界电流各向异性的起源——超导各向异性为核心,简述超导各向异性的实验现象、理论描述,及其与超导电动力学本构、磁弹耦合效应之间的关系。以此简述来突出超导各向异性在超导体物理和应用方面的重要性。     

M3C60（M=K,Rb）超导机理研究

综述了近几年来Ｃ６０超导体，特别是Ｋ３Ｃ６０和Ｒｂ３Ｃ６０单昌超导体的实验研究结果，主要包括超导转变温度以上的电阻－温度关系、高温下电阻的饱和现象及超导转变温度、上临界磁场和相干长度等超导性质。上述实验结果可以用传统的电子－声子相互作用理论来解释。     

新能源变革背景下的超导电力技术发展前景

自从1911年超导体发现以来,人们一直梦想超导体能够在电力技术中得到大规模应用.20世纪60年代以来,随着NbTi超导线材,特别是氧化物高温超导带材达到商业化水平,世界范围内广泛地开展了超导电力技术的研究与应用示范.单从技术上讲,超导电力技术已经接近实用化水平.当今,人类社会正在经历一次新的能源变革,超导电力技术在应对能源变革带来的挑战方面将会发挥重要的作用.文章介绍了近年来超导电力技术的发展趋势,并就其在新能源变革背景下的发展前景进行了探讨.     

漫谈新超导体的探索、方向、途径及方法

本文通过对已发现的合金和氧化物超导材料的归纳总结,对新超导体的探索方向、途径及方法给出一个简单评论.