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。     

超导技术及其应用

一、超导进展 随着科学技术的进步,低温技术取得了显著的发展,为超导现象的发现提供了环境条件。1911年,荷兰科学家昂尼斯和他的助手在测量汞的低温电阻时发现,当温度降至4.2K附近,汞     

超导临界温度测量

1911年翁纳斯(Onnes)在测量低温下汞的电阻时,发现在4.2K附近电阻突然消失,突变前后,电阻值变化超过10~4倍。这种在低温下电阻突然消失的现象称为超导电性。具有超导电性的材料称为超导体。     

超导研究大事记

 1877年.氧被液化.1898年.英国物理学家J.杜瓦液化氢.1908年.荷兰物理学家卡·翁内斯液化氢,获得绝对温度4.2开以下的低温.1911年.卡·翁内斯在莱顿实验室发现超导现象,这是在获得绝对温度4.2开以下低温时,发现汞的电阻突然变为零,在排除其它可能之后,翁内斯确认这是真实效应,从此,超导物理学诞生了.     

高温超导体的发展现状及应用

 所谓超导,是指一定温度、压力下,一些金属合金和化合物的电阻突然为零的性质。1911年初荷兰物理学家Ｈ.ＫａｍｅｒＬｉｎｇｈ-Ｑｎｎｅｓ发现汞在4.2Ｋ附近出现零电阻,1911年2月至5月间他连续发表多篇论文,公布了两项重要发现:一是超导体电流越强,临界转变点越低。二是即使不是纯汞,电阻消失方式也和纯汞一样。人们一直寻求温度更高的超导体,因为低温下是很不实用的。最初人们把目标局限于金属及其合金材料,因而到1973年也仅找到Ｔｃ为23.2Ｋ的ＮｂＧｅ。科学的圣果固然诱人,但摘果的过程却是曲折的。     

神奇的超导

 电阻起源于载流子(电子或空穴)在材料中运动过程中受到的各种各样的阻尼.按照材料的常温电阻率从大到小可以分为绝缘体、半导体和导体.绝大部分金属都是良导体,他们在室温下的电阻率非常小但不为零,在10^-12 mΩ·cm量级附近.自然界是否存在电阻为零的材料呢？答案是肯定的,这就是超导体.当把超导材料降到某个特定温度以下的时候,将进入超导态,这时电阻将突降为零(图1),同时所有外磁场磁力线将被排出超导体外,导致体内磁感应强度为零,即同时出现零电阻态和完全抗磁性.超导态开始出现的温度一般称为超导临界温度,表示为T_c.微观上来说,当超导材料处于超导临界温度之下时,材料中费米面附近的电子将通过相互作用媒介而两两配对,这些电子对将同时处于稳定的低能组态,叫“凝聚体”.在外加电场驱动下,所有电子对整体能够步调一致地运动,因此超导又属于宏观量子凝聚现象.对于零电阻态,实验上已经证实超导材料的电阻率小于10^-23 mΩ·cm,在实验精度允许范围内已经可以认为是零.如果将超导体做成环状并感应产生电流,电流将在环中流动不止且几乎不衰减.超导体的完全抗磁性并不依赖于超导体降温和加场的次序,也称为迈斯纳(Meissner)效应.一个材料是否为超导体,零电阻态和完全抗磁性是必须同时具有的两个独立特征.     

微弱信号检测技术在超导电阻测量方面的应用

随着近年来超导技术应用范围的不断扩大,超导技术的影响已经波及到了各个学科领域.本文通过对超导电阻特性的分析研究,提出了一种基于微弱信号检测的超导体电阻测量的新方案.利用高性能DSP芯片,软件实现了超导体电阻的测量;利用单片机配合双积分A/D转换器测量超导体的环境温度.实验表明,本测量系统可有效地检测微弱的超导电阻信号,本系统充分显示出了自身在超导体电阻测量等微弱信号检测方面的优越性.     

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。     

石墨插层化合物超导体研究进展

本文介绍了石墨层间化合物(GICs)超导体的发展及超导电性,重点结合GICs超导体的研究进展,特别是具有高超导转变温度(Tc=11.5 K)CaC6的研究,系统地分析和总结了当前GICs超导电性的研究现状,并对GICs超导体的发展进行一些展望.     

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。     

高T_c氧化物Bi_(1.4)Pb_(0.6)Sr_2Ca_2Cu_3O_y大块超导体的弱连结和弱钉扎性质

掺Pb的Bi_(1.4)Pb_(0.6)Sr_2Ca_2Cu_3O_y氧化物是一个以110K 超导相为主的高 T_c 超导体,其零电阻 T_c 为107.1K. dc Meissner 效应表明,110K 相占样品体积的8.2%,85K 相占1.6%.不同磁场下的排磁通(Meissher)效应,超导体所占体积上限和下限的比较,不同磁场和测量电流的 R(T)超导转变,表明了样品中存在着丰富的弱连结超导电性.研究了弱连结超导体的 H_(c2)(T).直流磁化和 I_c(B)特性结果表明,大块 Bi_(1.4)Pb_(0.6)Sr_2Ca_2Cu_3O_y,是个弱钉扎Ⅱ类超导体,它的 H_(cl)(77K)=25Oe,且磁化曲线中有两个峰.加热实验表明,当温度升高到355K 时,样品的正常态电阻增加,零电阻超导 T_c 从107.1K 退化到99.5K.     

超导电性及应用介绍

 1911年荷兰物理学家Onnes发现纯的水银样品在4.2K附近电阻突然消失,接着又发现其他一些金属也有这样的现象,这一发现开辟了一个崭新的超导物理领域.     

高T_c氧化物Bi_(1.4)Pb_(0.6)Sr_2Ca_2Cu_3O_y大块超导体的弱连结和弱钉扎性质

掺Pb的Bi_(1.4)Pb_(0.6)Sr_2Ca_2Cu_3O_y氧化物是一个以110K 超导相为主的高 T_c 超导体,其零电阻 T_c 为107.1K. dc Meissner 效应表明,110K 相占样品体积的8.2%,85K 相占1.6%.不同磁场下的排磁通(Meissher)效应,超导体所占体积上限和下限的比较,不同磁场和测量电流的 R(T)超导转变,表明了样品中存在着丰富的弱连结超导电性.研究了弱连结超导体的 H_(c2)(T).直流磁化和 I_c(B)特性结果表明,大块 Bi_(1.4)Pb_(0.6)Sr_2Ca_2Cu_3O_y,是个弱钉扎Ⅱ类超导体,它的 H_(cl)(77K)=25Oe,且磁化曲线中有两个峰.加热实验表明,当温度升高到355K 时,样品的正常态电阻增加,零电阻超导 T_c 从107.1K 退化到99.5K.     

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。     

块体金属玻璃Zr46.75Ti8.25Cu7.5Ni10Be27.5的超导与负电阻温度系数

测量了块体金属玻璃Zr46.75Ti8.25Cu7.5Ni10Be27.5在退火前后其电阻值随温度的变化,测量的温度范围为1.5-300K.样品在退火前后都发现有超导现象.零磁场下其超导转变温度Tc分别为1.84和3.76K.在5-300K温度范围内,原始样品具有负的电阻温度系数.如果取Zr,Ti,Cu,Ni及Be分别贡献出1.5,1.5,0.5,0.5及两个传导电子,则可以用扩展的Faber-Ziman理论去解释原始样品的负电阻温度系数.还对块体金属玻璃Zr46.75Ti8.25Cu7.5Ni10Be27.5在温度范围5-300K之间的R(T)曲线用一个多项式进行了拟合.     

超导研究大事记

1877年.氧被液化.1898年.英国物理学家J.杜瓦液化氢.1908年.荷兰物理学家卡·翁内斯液化氢,获得绝对温度4.2开以下的低温.1911年.卡·翁内斯在莱顿实验室发现超导现象,这是在获得绝对温度4.2开以下低温时,发现汞的电阻突然变为零,在排除其它可能之后,翁内斯确认这是真实效应,从此,超导物理学诞生了.     

超导“小时代”之三十八 走向超导新时代

正未来已来,唯变不变。这是超导"小时代"系列连载的最后一篇,在此,希望对超导研究的历史做一个简要的总结,并展望未来的超导研究和应用。1超导研究的巨大魅力超导研究无疑在凝聚态物理领域甚至在整个物理学界中,都扮演着不可忽视的重要角色。从1911年卡末林·昂尼斯发现第一个金属汞超导体以来,超导的研究历程跨越了一个多世纪,带来过无数惊喜的发     

“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。     

铁基材料 KxFe2-ySe2中一种可能的超导基态相K2Fe7Se8的发现*

铁基超导体的发现开启了探索超导材料的新一轮热潮。最新发现的铁基超导体 KxFe2-ySe2有着许多不同寻常的性质。此材料中明显存在相分离,材料中主要的部分是具有反铁磁性质的绝缘相 K2Fe4Se5,超导相只占少量体积。但是超导相在物理上很重要,因为根据理论计算,该材料中不存在空穴型费米面,这样该领域中被广泛接受的S ±配对图像似乎受到挑战。相分离的存在致使此材料中相关研究的难度非常大。该文介绍了此材料中超导相的探索和研究,确认了此材料的超导相是以三维网络状的细丝形态存在,并提出超导的母体相可能是每8个 Fe 位置有一个 Fe 空位形成的8×10这种有序平行四边形结构,称为K2Fe7Se8相。