超导的简单科普(11)
2023-04-08 来源:文库网
铜氧超导体
铜氧超导体是最早发现的高温超导体，20世纪八十年代缪勒、柏诺兹合成的钡－镧－铜－氧系高温超导体和朱经武、赵忠贤合成的钇－钡－铜－氧系高温超导体均属于此范畴。
铜氧超导体包括90K的稀土系，110K的铋系，125K的铊系，135K的汞系超导体。它们都含有铜和氧，因此称为铜氧超导体。铜氧超导体具有相似的层状结晶结构，其中铜氧层是超导层。
对铜氧超导体的研究呈现以下趋势：首先，铜氧超导体已经较为成熟，如由铊－钡－钙－铜－氧超导薄膜制成的装置，已应用于移动电话的发射塔，以增加容量，减少断线和外界干扰。其次，铜氧超导体的基础研究处在瓶颈阶段，转变温度一直以来不能突破164K。再次，对铜氧超导体的机理研究有所进展，如2002年，德国、法国和俄罗斯的科学家利用中子散射技术，在单铜氧层Tl2Ba2CuO6 δ中观察到磁共振，有助于对探明铜氧化物超导体的机理。
铁基超导体
自从2006年发现铁基超导体以来，对铁基超导体日趋深入，比较突出的成果有：2008年，日本科学家细野秀雄发现掺杂F的LaFeOP超导体具有26K的临界温度；2008年，中国科学家赵忠贤、陈仙辉、王楠林、闻海虎、方忠发现临界温度达43K的SmFeAs1-xFx超导体和临界温度达55K的ReFeAs1-xFx超导体，在铁基超导体的领域首次突破40K的麦克米兰极限温度。
铁基超导体之所以受到关注，原因有两点：其一，Fe离子是磁性离子，打破了磁性离子不利于超导的观点，为探索新的超导体提供了一种思路；其二，类似于铜氧超导体，铁基超导体也存在强的电子与自旋相互作用，对探明高温超导机理有参考价值。
硼化镁超导体
2001年1月，日本青山学院大学J.Akimitsu教授等人首次发现MgB2具有超导电性，其临界温度约为39K。
虽然MgB2的临界温度较低，但与铜氧超导体、铁基超导体相比，仍有很多优势，包括：结构简单、易于制备；原料来源广泛、成本较低；易于加工。尤其是易于加工的特性，成为MgB2的重要优势。因为具有高临界温度的铜氧超导体本质上属于陶瓷材料，陶瓷材料硬度大，加工困难，成为制约铜氧超导体发展的一个因素，MgB2超导体可以弥补这一不足。
目前对于非传统超导体还没有一个圆满的理论解释，这也是需要被努力攻克的方向。
想要更详细地了解超导现象背后的机理，请参看参考资料[11]，其中有更详细的讲解，是一本不错的“入门教材“。
五、进展突破和困难约瑟夫森节与超导量子干涉仪
约瑟夫森效应（英语：Josephson effect）是一种横跨约瑟夫森结（Josephson junction）的超电流现象。约瑟夫森结由二个互相微弱连接的超导体组成，而这个微弱连结的组成结构可以是一个薄的绝缘层（称为超导体–绝缘体–超导体接面，简称S-I-S），一小段非超导金属（简称S-N-S），或者是可弱化接触点超导性的狭窄部分（简称S-s-S）。
闭环的约瑟夫森结实际上是形成了电流方向叠加态的的宏观量子效应，这就形成了超导量子干涉仪（SQUID），可以被制成对磁场高度灵敏的磁力计，可以探测 T大小的磁场。
由于SQUID的电流和电相都是处于叠加态的，所以可以作为量子比特，目前IBM公司主要采用这种技术来制造量子计算机，超导材料也无疑成为了量子计算机众多技术中的热门之一。
15°C！室温超导体诞生了！
2020年10月14日，《自然》的封面介绍了罗彻斯特大学发表的一篇重磅论文，研究人员创造出一种氢化物材料，首次在高达15摄氏度的温度下，观察到常温超导现象。
这是高温超导材料的全新记录，这一突破性进展也代表着，人类向着长久以来希望创造出具有最优效率电力系统的目标又迈近了一步。
铜氧超导体是最早发现的高温超导体，20世纪八十年代缪勒、柏诺兹合成的钡－镧－铜－氧系高温超导体和朱经武、赵忠贤合成的钇－钡－铜－氧系高温超导体均属于此范畴。
铜氧超导体包括90K的稀土系，110K的铋系，125K的铊系，135K的汞系超导体。它们都含有铜和氧，因此称为铜氧超导体。铜氧超导体具有相似的层状结晶结构，其中铜氧层是超导层。
对铜氧超导体的研究呈现以下趋势：首先，铜氧超导体已经较为成熟，如由铊－钡－钙－铜－氧超导薄膜制成的装置，已应用于移动电话的发射塔，以增加容量，减少断线和外界干扰。其次，铜氧超导体的基础研究处在瓶颈阶段，转变温度一直以来不能突破164K。再次，对铜氧超导体的机理研究有所进展，如2002年，德国、法国和俄罗斯的科学家利用中子散射技术，在单铜氧层Tl2Ba2CuO6 δ中观察到磁共振，有助于对探明铜氧化物超导体的机理。
铁基超导体
自从2006年发现铁基超导体以来，对铁基超导体日趋深入，比较突出的成果有：2008年，日本科学家细野秀雄发现掺杂F的LaFeOP超导体具有26K的临界温度；2008年，中国科学家赵忠贤、陈仙辉、王楠林、闻海虎、方忠发现临界温度达43K的SmFeAs1-xFx超导体和临界温度达55K的ReFeAs1-xFx超导体，在铁基超导体的领域首次突破40K的麦克米兰极限温度。
铁基超导体之所以受到关注，原因有两点：其一，Fe离子是磁性离子，打破了磁性离子不利于超导的观点，为探索新的超导体提供了一种思路；其二，类似于铜氧超导体，铁基超导体也存在强的电子与自旋相互作用，对探明高温超导机理有参考价值。
硼化镁超导体
2001年1月，日本青山学院大学J.Akimitsu教授等人首次发现MgB2具有超导电性，其临界温度约为39K。
虽然MgB2的临界温度较低，但与铜氧超导体、铁基超导体相比，仍有很多优势，包括：结构简单、易于制备；原料来源广泛、成本较低；易于加工。尤其是易于加工的特性，成为MgB2的重要优势。因为具有高临界温度的铜氧超导体本质上属于陶瓷材料，陶瓷材料硬度大，加工困难，成为制约铜氧超导体发展的一个因素，MgB2超导体可以弥补这一不足。
目前对于非传统超导体还没有一个圆满的理论解释，这也是需要被努力攻克的方向。
想要更详细地了解超导现象背后的机理，请参看参考资料[11]，其中有更详细的讲解，是一本不错的“入门教材“。
五、进展突破和困难约瑟夫森节与超导量子干涉仪
约瑟夫森效应（英语：Josephson effect）是一种横跨约瑟夫森结（Josephson junction）的超电流现象。约瑟夫森结由二个互相微弱连接的超导体组成，而这个微弱连结的组成结构可以是一个薄的绝缘层（称为超导体–绝缘体–超导体接面，简称S-I-S），一小段非超导金属（简称S-N-S），或者是可弱化接触点超导性的狭窄部分（简称S-s-S）。
闭环的约瑟夫森结实际上是形成了电流方向叠加态的的宏观量子效应，这就形成了超导量子干涉仪（SQUID），可以被制成对磁场高度灵敏的磁力计，可以探测 T大小的磁场。
由于SQUID的电流和电相都是处于叠加态的，所以可以作为量子比特，目前IBM公司主要采用这种技术来制造量子计算机，超导材料也无疑成为了量子计算机众多技术中的热门之一。
15°C！室温超导体诞生了！
2020年10月14日，《自然》的封面介绍了罗彻斯特大学发表的一篇重磅论文，研究人员创造出一种氢化物材料，首次在高达15摄氏度的温度下，观察到常温超导现象。
这是高温超导材料的全新记录，这一突破性进展也代表着，人类向着长久以来希望创造出具有最优效率电力系统的目标又迈近了一步。
