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含铜高温超导体综述(2)

时间:2022-04-17 16:47来源:毕业论文
1911 年荷兰物理学家昂尼斯发现汞在在液氮中温度降至 4。2K 附近时,突然 进入一种新状态,其电阻小于测量仪器的精度,其后,昂尼斯又对多种金属、合

1911 年荷兰物理学家昂尼斯发现汞在在液氮中温度降至 4。2K 附近时,突然 进入一种新状态,其电阻小于测量仪器的精度,其后,昂尼斯又对多种金属、合 金、化合物材料进行低温下的实验,发现它们中的许多都具有在低温下电阻趋向 于零、感应电流长期存在的现象。这种在低温条件下电阻趋向于零的状态称为超 导态。超导是指某些物质被降温到一定程度是电阻突然趋向于零的性质。处于超 导状态的导体为超导体,超导体的电阻在一定的低温下突然小到实验仪器的最小 精度,被称作零电阻效应。在零电阻状态下,导体电阻趋向于零,电流经过超导 体时就不发生热损耗,电流可以毫无阻力地在导线中形成强大的电流,从而产生 超强磁场。 从电阻不为零的正常态转变为超导态的温度称为超导相变温度或超 导临界温度。 

从 1911 年超导的发现至今,提高超导体的相变温度一直是科学家的研究热 点。超导体的零电阻效应和完全抗磁性,令它的应用前景十分广阔,即可用于输 电和储能、超导计算机,又可以用于磁悬浮列车等。然而超导体的低临界温度令 它难以实际应用于生活中。然而,发展却需要能在高温条件下应用的超导体,故 此,“高温”超导的发现与提出成为了现代物理学的研究热点。自 1911 年发现超 导现象,到现在已走过了一百年,在此过程种超导体的相变温度的提高过程是漫 长而曲折的,但是超导体的相变温度在持续提高,尤其是 19 世纪 80 年代超导体的相变温度迅速提高,如图(1)所示[1]。1986 年,柏诺兹和缪勒发现了 35K 超 导的鑭钡铜氧体系。这一突破性发现导致了更高温度的一系列的氧化物超导体的 发现。此后,科学家们几乎每隔几天,就有新的研究成果出现。1987 年初,美国 吴茂昆( 朱经武)等和我国物理所赵忠贤等宣布了 90K 钇钡铜氧超导体[2]的发 现,第一次实现了液氮温度(77 K)这个温度壁垒的突破。超导体的临界温度在 液氮温度(77K)以上自此高温超导步入了高速发展的快车道。 论文网

超导体的相变温度

 

    超导材料具有广泛的实用性,但是超导体的相变温度过低限制了超导体的应 用,为了实用化,寻求新的“高温”超导材料成为研究超导的主要课题。从 1911 年至 1986 年,超导温度由水银的 4。2K 提高到 23。22K。同年 1 月发现钡镧铜氧 化物超导相变温度是 30K,同年 12 月 30 日,超导的相变温度提高为 40。2K,1987 年 1 月升至 43K,不久又升至 46K 和 53K,同年 2 月 15 日发现了 98K 超导体,很 快又发现了 14℃下存在超导迹象,“高温”超导体取得了巨大突破,使超导材料 大规模应用成为了可能。 

高温超导体包括 90K 的稀土系,110K 的铋系,125K 的铊系,和 135K 的汞

 

 

 

系,都含有铜和氧,因此,也统称为铜氧基超导体。它们具有类似的层状结晶结 构,铜氧层是超导层[3]。目前,高温超导体已经取得了实际应用。例如,钇钡铜氧 超导体和铋系超导体已制成了高质量的超导电缆。而铊钡钙铜氧超导薄膜制成的 装置,早在上世纪末就安装在移动电话的发射塔中,增加容量,减少断线和干扰。 

 

 

 

 

 

 

2 高温超导体的特征

 

2。1 高温超导体的零电阻效应

超导体最重要的特点是电流通过时电阻趋近于零,有一些类型的金属(特别 是钛、钒、铬、铁、镍),当将其置于一定的温度条件下,电阻就趋近于零,被 称之为零电阻效应[4]。在普通的导体中,大部分通过导体的电能由于电阻的原因 转变为热能,从而被“消耗”掉了。在超导体中,电阻趋近于零,一旦接通电流, 理论上就永远不会中断,在一个用超导体制成的电磁体(一个线圈,电流从中通 过时产生电磁场)所构成的电路中,只输入一次电流,就可以在电路内不停的流 动,从而就能使电磁场持续不断。但是,实际上是存在损耗的,不可能实现这类 “永动”,考虑必需的能源投入,以使超导体能保持其产生零电阻现象所需要的 低温状态(即-269℃,比绝对零度高出 4℃)。 然而,从 80 年代初开始,一类新 超导材料被发现。这种新材料能够在越来越接近常温的条件下形成超导体,称为 高温超导体[5]。  含铜高温超导体综述(2):http://www.youerw.com/wuli/lunwen_92762.html

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