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1、超导的发现及其应用本讲稿第一页，共二十九页超导发现的历程1911年，荷兰科学家昂内斯(Ones)用液氦冷却汞，当温度下降到4.2K时,水银的电阻完全消失，这种现象称为超导电性，此温度称为临界温度。根据临界温度的不同，超导材料可以被分为：高温超导材料和低温超导材料。但这里所说的高温，其实仍然是远低于冰点摄氏0的，对一般人来说算是极低的温度。1933年，迈斯纳和奥克森菲尔德两位科学家发现，如果把超导体放在磁场中冷却，则在材料电阻消失的同时，磁感应线将从超导体中排出，不能通过超导体，这种现象称为抗磁性。经过科学家们的努力，超导材料的磁电障碍已被跨越，下一个难关是突破温度障碍，即寻求高温超导材料。本讲
2、稿第二页，共二十九页超导发现的历程1973年，发现超导合金铌锗合金，其临界超导温度为23.2K，这一记录保持了近13年。本讲稿第三页，共二十九页超导发现的历程1986年，设在瑞士苏黎世的美国IBM公司的研究中心报道了一种氧化物（镧钡铜氧化物）具有35K的高温超导性。此后，科学家们几乎每隔几天，就有新的研究成果出现。本讲稿第四页，共二十九页超导发现的历程1986年，美国贝尔实验室研究的超导材料，其临界超导温度达到40K，液氢的“温度壁垒”（40K）被跨越。本讲稿第五页，共二十九页超导发现的历程1987年，美国华裔科学家朱经武以及中国科学家赵忠贤相继在钇钡铜氧系材料上把临界超导温度提高到90K以上
3、，液氮的“温度壁垒”（77K）也被突破了。1987年底，铊钡钙铜氧系材料又把临界超导温度的记录提高到125K。从19861987年的短短一年多的时间里，临界超导温度提高了近100K。本讲稿第六页，共二十九页有关高温超导来自德国、法国和俄罗斯的科学家利用中子散射技术，在高温超导体的一个成员单铜氧层中观察到了所谓的磁共振模式，进一步证实了这种模式在高温超导体中存在的一般性。该发现有助于对铜氧化物超导体机制的研究。本讲稿第七页，共二十九页有关高温超导高温超导体具有更高的超导转变温度（通常高于氮气液化的温度），有利于超导现象在工业界的广泛利用。高温超导体的发现迄今已有16年，而对其不同于常规超导体的许
4、多特点及其微观机制的研究，却仍处于相当“初级”的阶段。这一点不仅反映在没有一个单一的理论能够完全描述和解释高温超导体的特性，更反映在缺乏统一的、在各个不同体系上普遍存在的“本征”实验现象。本讲稿第八页，共二十九页20世纪80年代是超导电性的探索与研究的黄金年代。1981年合成了有机超导体，1986年缪勒和柏诺兹发现了一种成分为钡、镧、铜、氧的陶瓷性金属氧化物LaBaCuO4，其临界温度约为35K。由于陶瓷性金属氧化物通常是绝缘物质，因此这个发现的意义非常重大，缪勒和柏诺兹因此而荣获了1987年度诺贝尔物理学奖。本讲稿第九页，共二十九页1987年在超导材料的探索中又有新的突破，美国休斯顿大学物理
5、学家朱经武小组与中国科学院物理研究所赵忠贤等人先后研制成临界温度约为90K的超导材料YBCO（钇铋铜氧）。本讲稿第十页，共二十九页1988年初日本研制成临界温度达110K的Bi-Sr-Ca-Cu-O超导体。至此，人类终于实现了液氮温区超导体的梦想，实现了科学史上的重大突破。这类超导体由于其临界温度在液氮温度（77K）以上，因此被称为高温超导体。自从高温超导材料发现以后，一阵超导热席卷了全球。科学家还发现铊系化合物超导材料的临界温度可达125K，汞系化合物超导材料的临界温度则高达135K。如果将汞置于高压条件下，其临界温度将能达到难以置信的164K。本讲稿第十一页，共二十九页1997年，研究人员
6、发现，金铟合金在接近绝对零度时既是超导体同时也是磁体。1999年科学家发现钌铜化合物在45K时具有超导电性。由于该化合物独特的晶体结构，它在计算机数据存储中的应用潜力将是非常巨大的。为了证实（超导体）电阻为零，科学家将一个铅制的圆环，放入温度低于Tc=7.2K的空间，利用电磁感应使环内激发起感应电流。结果发现，环内电流能持续下去，从1954年3月16日始，到1956年9月5日止，在两年半的时间内的电流一直没有衰减，这说明圆环内的电能没有损失，当温度升到高于Tc时，圆环由超导状态变正常态，材料的电阻骤然增大，感应电流立刻消失，这就是著名的昂尼斯持久电流实验。本讲稿第十二页，共二十九页超导人们做过
7、这样一个实验：在一个浅平的锡盘中，放入一个体积很小但磁性很强的永久磁体，然后把温度降低，使锡盘出现超导性，这时可以看到，小磁铁竟然离开锡盘表面，慢慢地飘起，悬空不动。迈斯纳效应有着重要的意义，它可以用来判别物质是否具有超性。本讲稿第十三页，共二十九页本讲稿第十四页，共二十九页为了使超导材料有实用性，人们开始了探索高温超导的历程，从1911年至1986年，超导温度由水银的4.2K提高到23.22K（OK=-273C）。86年1月发现钡镧铜氧化物超导温度是30度，12月30日，又将这一纪录刷新为40.2K，87年1月升至43K，不久又升至46K和53K，2月15日发现了98K超导体，很快又发现了1
8、4C下存在超导迹象，高温超导体取得了巨大突破，使超导技术走向大规模应用。本讲稿第十五页，共二十九页本讲稿第十六页，共二十九页本讲稿第十七页，共二十九页本讲稿第十八页，共二十九页本讲稿第十九页，共二十九页本讲稿第二十页，共二十九页本讲稿第二十一页，共二十九页本讲稿第二十二页，共二十九页超导体超导体1超超导导现现象象和和超超导导体体：当当温温度度降降低低到到绝绝对对零零度度附附近近时时，某某些些材材料料的的电电阻阻率率突突然然减减小小到到无无法法测测量量的的程程度度，可可以以认认为为其其电电阻阻率率突突然然变变为为零零，这这种种现现象象叫叫做做超超导导现现象象，能够发生超导现象的物质称为能够发生超
9、导现象的物质称为超导体超导体 2转转变变温温度度TC ：材材料料由由正正常常状状态态转转变变为为超超导导状状态态的的温度，叫做超导材料的转变温度温度，叫做超导材料的转变温度3.高温超导本讲稿第二十三页，共二十九页4.超导体的两个基本性质（1）、零电阻性远距离输电超导电磁铁和超导电机计算机高温超导变压器高温超导变压器本讲稿第二十四页，共二十九页（2）、抗磁性磁悬浮列车超导磁悬浮超导磁悬浮本讲稿第二十五页，共二十九页我国的超导体研究我国的超导体研究我国的超导体研究工作走在世界的前列，我国的超导体研究工作走在世界的前列，目前已找到超导临界温度达目前已找到超导临界温度达132K的超导材的超导材料料.本讲稿第二十六页，共二十九页我国的磁悬浮列车我国的磁悬浮列车我国第一我国第一条磁悬浮条磁悬浮列车试验列车试验线在长沙线在长沙建成通车建成通车本讲稿第二十七页，共二十九页我国磁悬我国磁悬浮列车驾浮列车驾驶室和车驶室和车厢内部厢内部本讲稿第二十八页，共二十九页我国第一我国第一条磁悬浮条磁悬浮列车试验列车试验线上试车线上试车情景情景本讲稿第二十九页，共二十九页