什么是超導(dǎo)體

什么是超導(dǎo)體?
電阻幾乎可以忽略不計(jì)的導(dǎo)體稱為超導(dǎo)體。在人們當(dāng)前的認(rèn)知條件下，超導(dǎo)只是一種特定條件下的現(xiàn)像，即金屬由室溫開始慢慢冷卻，其電阻率隨之降低。而且溫度越低，電阻率也越低。對(duì)于某些導(dǎo)體低于臨界溫度時(shí)，其電阻趨于零。此種現(xiàn)像稱謂超導(dǎo)。
在電力工業(yè)中，利用超導(dǎo)體技術(shù)可以達(dá)到減少設(shè)備尺寸的作用。超導(dǎo)的研究和開發(fā)利用必將對(duì)人類產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

1911年，荷蘭科學(xué)家昂內(nèi)斯(Ones)用液氦冷卻汞，當(dāng)溫度下降到４.２K時(shí),水銀的電阻完全消失，這種現(xiàn)象稱為超導(dǎo)電性，此溫度稱為臨界溫度。根據(jù)臨界溫度的不同，超導(dǎo)材料可以被分為：高溫超導(dǎo)材料和低溫超導(dǎo)材料。但這里所說的「高溫」，其實(shí)仍然是遠(yuǎn)低于冰點(diǎn)攝氏0℃的，對(duì)一般人來說算是極低的溫度。1933年，邁斯納和奧克森菲爾德兩位科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，如果把超導(dǎo)體放在磁場(chǎng)中冷卻，則在材料電阻消失的同時(shí)，磁感應(yīng)線將從超導(dǎo)體中排出，不能通過超導(dǎo)體，這種現(xiàn)象稱為抗磁性。經(jīng)過科學(xué)家們的努力，超導(dǎo)材料的磁電障礙已被跨越，下一個(gè)難關(guān)是突破溫度障礙，即尋求高溫超導(dǎo)材料。
1973年，發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)合金――鈮鍺合金，其臨界超導(dǎo)溫度為23.2K，這一記錄保持了近13年。

　　1986年，設(shè)在瑞士蘇黎世的美國(guó)IBM公司的研究中心報(bào)道了一種氧化物（鑭鋇銅氧化物）具有35K的高溫超導(dǎo)性。此后，科學(xué)家們幾乎每隔幾天，就有新的研究成果出現(xiàn)。

　　1986年，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室研究的超導(dǎo)材料，其臨界超導(dǎo)溫度達(dá)到40K，液氫的“溫度壁壘”（40K）被跨越。

　　1987年，美國(guó)華裔科學(xué)家朱經(jīng)武以及中國(guó)科學(xué)家趙忠賢相繼在釔－鋇－銅－氧系材料上把臨界超導(dǎo)溫度提高到90K以上，液氮的“溫度壁壘”（77K）也被突破了。1987年底，鉈－鋇－鈣－銅－氧系材料又把臨界超導(dǎo)溫度的記錄提高到125K。從1986－1987年的短短一年多的時(shí)間里，臨界超導(dǎo)溫度提高了近100K。

　　來自德國(guó)、法國(guó)和俄羅斯的科學(xué)家利用中子散射技術(shù)，在高溫超導(dǎo)體的一個(gè)成員單銅氧層Tl2Ba2CuO6＋δ中觀察到了所謂的磁共振模式，進(jìn)一步證實(shí)了這種模式在高溫超導(dǎo)體中存在的一般性。該發(fā)現(xiàn)有助于對(duì)銅氧化物超導(dǎo)體機(jī)制的研究。

　　高溫超導(dǎo)體具有更高的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度（通常高于氮?dú)庖夯臏囟龋?，有利于超?dǎo)現(xiàn)象在工業(yè)界的廣泛利用。高溫超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)迄今已有16年，而對(duì)其不同于常規(guī)超導(dǎo)體的許多特點(diǎn)及其微觀機(jī)制的研究，卻仍處于相當(dāng)“初級(jí)”的階段。這一點(diǎn)不僅反映在沒有一個(gè)單一的理論能夠完全描述和解釋高溫超導(dǎo)體的特性，更反映在缺乏統(tǒng)一的、在各個(gè)不同體系上普遍存在的“本征”實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。本期Science所報(bào)道的結(jié)果意味著中子散射領(lǐng)域里一個(gè)長(zhǎng)期存在的困惑很有可能得到解決。

　　早在1991年，法國(guó)物理學(xué)家利用中子散射技術(shù)在雙銅氧層YBa2Cu3O6＋δ超導(dǎo)體單晶中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)微弱的磁性信號(hào)。隨后的實(shí)驗(yàn)證明，這種信號(hào)僅在超導(dǎo)體處于超導(dǎo)狀態(tài)時(shí)才顯著增強(qiáng)并被稱為磁共振模式。這個(gè)發(fā)現(xiàn)表明電子的自旋以某種合作的方式產(chǎn)生一種集體的有序運(yùn)動(dòng)，而這是常規(guī)超導(dǎo)體所不具有的。這種集體運(yùn)動(dòng)有可能參與了電子的配對(duì)，并對(duì)超導(dǎo)機(jī)制負(fù)責(zé)，其作用類似于常規(guī)超導(dǎo)體內(nèi)引起電子配對(duì)的晶格振動(dòng)。但是，在另一個(gè)超導(dǎo)體La2－xSrxCuO4＋δ（單銅氧層）中，卻無法觀察到同樣的現(xiàn)象。這使物理學(xué)家懷疑這種磁共振模式并非銅氧化物超導(dǎo)體的普遍現(xiàn)象。1999年，在Bi2Sr2CaCu2O8＋δ單晶上也觀察到了這種磁共振信號(hào)。但由于Bi2Sr2CaCu2O8＋δ與YBa2Cu3O6＋δ一樣，也具有雙銅氧層結(jié)構(gòu)，關(guān)于磁共振模式是雙銅氧層的特殊表征還是“普遍”現(xiàn)象的困惑并未得到徹底解決。

　　理想的候選者應(yīng)該是典型的高溫超導(dǎo)晶體，結(jié)構(gòu)盡可能簡(jiǎn)單，只具有單銅氧層。困難在于，由于中子與物質(zhì)的相互作用很弱，只有足夠大的晶體才可能進(jìn)行中子散射實(shí)驗(yàn)。隨著中子散射技術(shù)的成熟，對(duì)晶體尺寸的要求已降低到0.1厘米3的量級(jí)。晶體生長(zhǎng)技術(shù)的進(jìn)步，也使Tl2Ba2CuO6＋δ單晶體的尺寸進(jìn)入毫米量級(jí)，而它正是一個(gè)理想的候選者。科學(xué)家把300個(gè)毫米量級(jí)的Tl2Ba2CuO6＋δ單晶以同一標(biāo)準(zhǔn)按晶體學(xué)取向排列在一起，構(gòu)成一個(gè)“人造”單晶，“提前”達(dá)到了中子散射的要求。經(jīng)過近兩個(gè)月散射譜的搜集與反復(fù)驗(yàn)證，終于以確鑿的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示在這樣一個(gè)近乎理想的高溫超導(dǎo)單晶上也存在磁共振模式。這一結(jié)果說明磁共振模式是高溫超導(dǎo)的一個(gè)普遍現(xiàn)象。而La2－xSrxCuO4＋δ體系上磁共振模式的缺席只是“普遍”現(xiàn)象的例外，這可能與其結(jié)構(gòu)的特殊性有關(guān)。

　　關(guān)于磁共振模式及其與電子間相互作用的理論和實(shí)驗(yàn)研究一直是高溫超導(dǎo)領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一，上述結(jié)果將引起許多物理學(xué)家的關(guān)注與興趣。

　　20世紀(jì)80年代是超導(dǎo)電性的探索與研究的黃金年代。1981年合成了有機(jī)超導(dǎo)體，1986年繆勒和柏諾茲發(fā)現(xiàn)了一種成分為鋇、鑭、銅、氧的陶瓷性金屬氧化物L(fēng)aBaCuO4，其臨界溫度約為35K。由于陶瓷性金屬氧化物通常是絕緣物質(zhì)，因此這個(gè)發(fā)現(xiàn)的意義非常重大，繆勒和柏諾茲因此而榮獲了1987年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

　　1987年在超導(dǎo)材料的探索中又有新的突破，美國(guó)休斯頓大學(xué)物理學(xué)家朱經(jīng)武小組與中國(guó)科學(xué)院物理研究所趙忠賢等人先后研制成臨界溫度約為90K的超導(dǎo)材料YBCO（釔鉍銅氧）。

　　1988年初日本研制成臨界溫度達(dá)110K的Bi-Sr-Ca-Cu-O超導(dǎo)體。至此，人類終于實(shí)現(xiàn)了液氮溫區(qū)超導(dǎo)體的夢(mèng)想，實(shí)現(xiàn)了科學(xué)史上的重大突破。這類超導(dǎo)體由于其臨界溫度在液氮溫度（77K）以上，因此被稱為高溫超導(dǎo)體。

　　自從高溫超導(dǎo)材料發(fā)現(xiàn)以后，一陣超導(dǎo)熱席卷了全球。科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)鉈系化合物超導(dǎo)材料的臨界溫度可達(dá)125K，汞系化合物超導(dǎo)材料的臨界溫度則高達(dá)135K。如果將汞置于高壓條件下，其臨界溫度將能達(dá)到難以置信的164K。

　　1997年，研究人員發(fā)現(xiàn)，金銦合金在接近絕對(duì)零度時(shí)既是超導(dǎo)體同時(shí)也是磁體。1999年科學(xué)家發(fā)現(xiàn)釕銅化合物在45K時(shí)具有超導(dǎo)電性。由于該化合物獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)，它在計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中的應(yīng)用潛力將是非常巨大的。

　　自２００７年１２月開始，中國(guó)科學(xué)院物理研究所的陳根富博士已投入到鑭氧鐵砷非摻雜單晶體的制備中。今年２月１８日，日本東京工業(yè)大學(xué)的細(xì)野秀雄教授和他的合作者在《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》上發(fā)表了一篇兩頁(yè)的文章，指出氟摻雜鑭氧鐵砷化合物在零下２４７．１５攝氏度時(shí)即具有超導(dǎo)電性。在長(zhǎng)期研究中保持著跨界關(guān)注習(xí)慣的陳根富和王楠林研究員立即捕捉到了這一消息的價(jià)值，王楠林小組迅速轉(zhuǎn)向制作摻雜樣品，他們?cè)谝恢軆?nèi)實(shí)現(xiàn)了超導(dǎo)并測(cè)量了基本物理性質(zhì)。

　　幾乎與此同時(shí)，物理所聞?；⒀芯拷M通過在鑭氧鐵砷材料中用二價(jià)金屬鍶替換三價(jià)的鑭，發(fā)現(xiàn)有臨界溫度為零下２４８.１５攝氏度以上的超導(dǎo)電性。

　?。吃拢玻等蘸停吃拢玻度眨袊?guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)陳仙輝組和物理所王楠林組分別獨(dú)立發(fā)現(xiàn)臨界溫度超過零下２３３．１５攝氏度的超導(dǎo)體，突破麥克米蘭極限，證實(shí)為非傳統(tǒng)超導(dǎo)。

　?。吃拢玻谷眨袊?guó)科學(xué)院院士、物理所研究員趙忠賢領(lǐng)導(dǎo)的小組通過氟摻雜的鐠氧鐵砷化合物的超導(dǎo)臨界溫度可達(dá)零下２２１．１５攝氏度，４月初該小組又發(fā)現(xiàn)無氟缺氧釤氧鐵砷化合物在壓力環(huán)境下合成超導(dǎo)臨界溫度可進(jìn)一步提升至零下２１８．１５攝氏度。

　　為了證實(shí)（超導(dǎo)體）電阻為零，科學(xué)家將一個(gè)鉛制的圓環(huán)，放入溫度低于Tc=7.2K的空間，利用電磁感應(yīng)使環(huán)內(nèi)激發(fā)起感應(yīng)電流。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，環(huán)內(nèi)電流能持續(xù)下去，從1954年3月16日始，到1956年9月5日止，在兩年半的時(shí)間內(nèi)的電流一直沒有衰減，這說明圓環(huán)內(nèi)的電能沒有損失，當(dāng)溫度升到高于Tc時(shí)，圓環(huán)由超導(dǎo)狀態(tài)變正常態(tài)，材料的電阻驟然增大，感應(yīng)電流立刻消失，這就是著名的昂尼斯持久電流實(shí)驗(yàn)。

　　超群的超導(dǎo)磁體

　　超導(dǎo)材料最誘人的應(yīng)用是發(fā)電、輸電和儲(chǔ)能。

　　由于超導(dǎo)材料在超導(dǎo)狀態(tài)下具有零電阻和完全的抗磁性，因此只需消耗極少的電能，就可以獲得10萬高斯以上的穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)。而用常規(guī)導(dǎo)體做磁體，要產(chǎn)生這么大的磁場(chǎng)，需要消耗3.5兆瓦的電能及大量的冷卻水，投資巨大。

　　超導(dǎo)磁體可用于制作交流超導(dǎo)發(fā)電機(jī)、磁流體發(fā)電機(jī)和超導(dǎo)輸電線路等。

　　超導(dǎo)發(fā)電機(jī)　在電力領(lǐng)域，利用超導(dǎo)線圈磁體可以將發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)強(qiáng)度提高到5萬～6萬高斯，并且?guī)缀鯖]有能量損失，這種發(fā)電機(jī)便是交流超導(dǎo)發(fā)電機(jī)。超導(dǎo)發(fā)電機(jī)的單機(jī)發(fā)電容量比常規(guī)發(fā)電機(jī)提高5～10倍，達(dá)1萬兆瓦，而體積卻減少1/2，整機(jī)重量減輕1/3，發(fā)電效率提高50％。

　　磁流體發(fā)電機(jī)　磁流體發(fā)電機(jī)同樣離不開超導(dǎo)強(qiáng)磁體的幫助。磁流體發(fā)電發(fā)電，是利用高溫導(dǎo)電性氣體（等離子體）作導(dǎo)體，并高速通過磁場(chǎng)強(qiáng)度為5萬～6萬高斯的強(qiáng)磁場(chǎng)而發(fā)電。磁流體發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，用于磁流體發(fā)電的高溫導(dǎo)電性氣體還可重復(fù)利用。

　　超導(dǎo)輸電線路　超導(dǎo)材料還可以用于制作超導(dǎo)電線和超導(dǎo)變壓器，從而把電力幾乎無損耗地輸送給用戶。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前的銅或鋁導(dǎo)線輸電，約有15%的電能損耗在輸電線路上，光是在中國(guó)，每年的電力損失即達(dá)1000多億度。若改為超導(dǎo)輸電，節(jié)省的電能相當(dāng)于新建數(shù)十個(gè)大型發(fā)電廠。

　　廣闊的超導(dǎo)應(yīng)用

　　高溫超導(dǎo)材料的用途非常廣闊，大致可分為三類：大電流應(yīng)用（強(qiáng)電應(yīng)用）、電子學(xué)應(yīng)用（弱電應(yīng)用）和抗磁性應(yīng)用。大電流應(yīng)用即前述的超導(dǎo)發(fā)電、輸電和儲(chǔ)能；電子學(xué)應(yīng)用包括超導(dǎo)計(jì)算機(jī)、超導(dǎo)天線、超導(dǎo)微波器件等；抗磁性主要應(yīng)用于磁懸浮列車和熱核聚變反應(yīng)堆等。

　　超導(dǎo)磁懸浮列車　利用超導(dǎo)材料的抗磁性，將超導(dǎo)材料放在一塊永久磁體的上方，由于磁體的磁力線不能穿過超導(dǎo)體，磁體和超導(dǎo)體之間會(huì)產(chǎn)生排斥力，使超導(dǎo)體懸浮在磁體上方。利用這種磁懸浮效應(yīng)可以制作高速超導(dǎo)磁懸浮列車。

　　超導(dǎo)計(jì)算機(jī)　高速計(jì)算機(jī)要求集成電路芯片上的元件和連接線密集排列，但密集排列的電路在工作時(shí)會(huì)發(fā)生大量的熱，而散熱是超大規(guī)模集成電路面臨的難題。超導(dǎo)計(jì)算機(jī)中的超大規(guī)模集成電路，其元件間的互連線用接近零電阻和超微發(fā)熱的超導(dǎo)器件來制作，不存在散熱問題，同時(shí)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度大大提高。此外，科學(xué)家正研究用半導(dǎo)體和超導(dǎo)體來制造晶體管，甚至完全用超導(dǎo)體來制作晶體管。

　　核聚變反應(yīng)堆“磁封閉體”　核聚變反應(yīng)時(shí)，內(nèi)部溫度高達(dá)1億～2億℃，沒有任何常規(guī)材料可以包容這些物質(zhì)。而超導(dǎo)體產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)可以作為“磁封閉體”，將熱核反應(yīng)堆中的超高溫等離子體包圍、約束起來，然后慢慢釋放，從而使受控核聚變能源成為21世紀(jì)前景廣闊的新能源。

　　科學(xué)家新近創(chuàng)造出一種新的物質(zhì)形態(tài)，并預(yù)言它將幫助人類做出下一代超導(dǎo)體，以用于發(fā)電和提高火車的工作效率等多種用途。

　　這種新的物質(zhì)形態(tài)稱作“費(fèi)密冷凝體”，是已知的第六種物質(zhì)形態(tài)。前五種物質(zhì)形態(tài)分別為氣體、固體、液體、等離子體和1995年剛剛發(fā)明的玻色一愛因斯坦冷凝體。

　　費(fèi)密子和玻色子的重大差異，體現(xiàn)在“自旋”這一量子力學(xué)特性上。費(fèi)密子是像電子一樣的粒子，有半整數(shù)自旋（如1／2，3／2，5／2等）；而玻色子是像質(zhì)子一樣的粒子，有整數(shù)自旋（如0，1，2等）。這種自旋差異使費(fèi)密子和玻色子有完全不同的特性。沒有任何兩個(gè)費(fèi)密子能有同樣的量子態(tài)：它們沒有相同的特性，也不能在同一時(shí)間處于同一地點(diǎn)；而玻色子卻能夠具有相同的特性。因此，1995年物理學(xué)家將一定數(shù)量銣和鈉原子冷卻成玻色子時(shí)，大部分原子變成了同樣的低溫量子態(tài)，實(shí)際上成為單一巨大的整體原子：玻色一愛因斯坦凝聚態(tài)。但像鉀一40或鋰一6這樣的費(fèi)密子，即使在很低的溫度下，每種粒子必定也有稍微不同的特性。

　　2003年，物理學(xué)家找到了一個(gè)克服以上障礙的方法。他們將費(fèi)密子成對(duì)轉(zhuǎn)變成玻色子，兩個(gè)半整數(shù)自旋組成一個(gè)整數(shù)自旋，費(fèi)密子對(duì)就起到了玻色子的作用，所有氣體突然冷凝至玻色一愛因斯坦凝聚態(tài)。奧地利英斯布瑞克大學(xué)的科學(xué)家將鋰一6原子冷卻，同時(shí)施加穩(wěn)定磁場(chǎng)，促使費(fèi)密子結(jié)合在一起；美國(guó)科羅拉多“實(shí)驗(yàn)室天體物理學(xué)聯(lián)合研究所”采用的技術(shù)略有不同，他們將鉀一40原子冷卻后施加磁場(chǎng)，通過磁場(chǎng)變化讓每個(gè)原子強(qiáng)烈吸引附近的原子，誘發(fā)它們形成成對(duì)原子，然后凝聚成玻色一愛因斯坦凝聚態(tài)。

　　超導(dǎo)技術(shù)談

　　1911年，荷蘭萊頓大學(xué)的卡茂林-昂尼斯意外地發(fā)現(xiàn)，將汞冷卻到-268.98°C時(shí)，汞的電阻突然消失；后來他又發(fā)現(xiàn)許多金屬和合金都具有與上述汞相類似的低溫下失去電阻的特性，由于它的特殊導(dǎo)電性能，卡茂林-昂尼斯稱之為超導(dǎo)態(tài)。卡茂林由于他的這一發(fā)現(xiàn)獲得了1913年諾貝爾獎(jiǎng)。　

　　這一發(fā)現(xiàn)引起了世界范圍內(nèi)的震動(dòng)。在他之后，人們開始把處于超導(dǎo)狀態(tài)的導(dǎo)體稱之為“超導(dǎo)體”。超導(dǎo)體的直流電阻率在一定的低溫下突然消失，被稱作零電阻效應(yīng)。導(dǎo)體沒有了電阻，電流流經(jīng)超導(dǎo)體時(shí)就不發(fā)生熱損耗，電流可以毫無阻力地在導(dǎo)線中流大的電流，從而產(chǎn)生超強(qiáng)磁場(chǎng)。　

　　1933年，荷蘭的邁斯納和奧森菲爾德共同發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)體的另一個(gè)極為重要的性質(zhì)，當(dāng)金屬處在超導(dǎo)狀態(tài)時(shí)，這一超導(dǎo)體內(nèi)的磁感興強(qiáng)度為零，卻把原來存在于體內(nèi)的磁場(chǎng)排擠出去。對(duì)單晶錫球進(jìn)行實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：錫球過渡到超導(dǎo)態(tài)時(shí)，錫球周圍的磁場(chǎng)突然發(fā)生變化，磁力線似乎一下子被排斥到超導(dǎo)體之外去了，人們將這種現(xiàn)象稱之為“邁斯納效應(yīng)”。

　　后來人們還做過這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)：在一個(gè)淺平的錫盤中，放入一個(gè)體積很小但磁性很強(qiáng)的永久磁體，然后把溫度降低，使錫盤出現(xiàn)超導(dǎo)性，這時(shí)可以看到，小磁鐵竟然離開錫盤表面，慢慢地飄起，懸空不動(dòng)?！?/P>

　　邁斯納效應(yīng)有著重要的意義，它可以用來判別物質(zhì)是否具有超性。

　　為了使超導(dǎo)材料有實(shí)用性，人們開始了探索高溫超導(dǎo)的歷程，從1911年至1986年，超導(dǎo)溫度由水銀的4.2K提高到23.22K（OK=-273°C）。86年1月發(fā)現(xiàn)鋇鑭銅氧化物超導(dǎo)溫度是30度，12月30日，又將這一紀(jì)錄刷新為40.2K，87年1月升至43K，不久又升至46K和53K，2月15日發(fā)現(xiàn)了98K超導(dǎo)體，很快又發(fā)現(xiàn)了14°C下存在超導(dǎo)跡象，高溫超導(dǎo)體取得了巨大突破，使超導(dǎo)技術(shù)走向大規(guī)模應(yīng)用?！?/P>

　　超導(dǎo)材料和超導(dǎo)技術(shù)有著廣闊的應(yīng)用前景。超導(dǎo)現(xiàn)象中的邁斯納效應(yīng)使人們可以到用此原理制造超導(dǎo)列車和超導(dǎo)船，由于這些交通工具將在無摩擦狀態(tài)下運(yùn)行，這將大大提高它們的速度和安靜性能。超導(dǎo)列車已于70年代成功地進(jìn)行了載人可行性試驗(yàn)，1987年開始，日本國(guó)開始試運(yùn)行，但經(jīng)常出現(xiàn)失效現(xiàn)象，出現(xiàn)這種現(xiàn)象可能是由于高速行駛產(chǎn)生的顛簸造成的。超導(dǎo)船已于1992年1月27日下水試航，目前尚未進(jìn)入實(shí)用化階段。利用超導(dǎo)材料制造交通工具在技術(shù)上還存在一定的障礙，但它勢(shì)必會(huì)引發(fā)交通工具革命的一次浪潮?！?/P>

　　超導(dǎo)材料的零電阻特性可以用來輸電和制造大型磁體。超高壓輸電會(huì)有很大的損耗，而利用超導(dǎo)體則可最大限度地降低損耗，但由于臨界溫度較高的超導(dǎo)體還未進(jìn)入實(shí)用階段，從而限制了超導(dǎo)輸電的采用。隨著技術(shù)的發(fā)展，新超導(dǎo)材料的不斷涌現(xiàn)，超導(dǎo)輸電的希望能在不久的將來得以實(shí)現(xiàn)?！?/P>

　　現(xiàn)有的高溫超導(dǎo)體還處于必須用液態(tài)氮來冷卻的狀態(tài)，但它仍舊被認(rèn)為是20世紀(jì)最偉大的發(fā)現(xiàn)之一。

　　超導(dǎo)技術(shù)及其應(yīng)用
　　比爾·李

　　1911年，荷蘭科學(xué)家昂內(nèi)斯用液氦冷卻水銀，當(dāng)溫度下降到４.２K時(shí)發(fā)現(xiàn)水銀的電阻完全消失，這種現(xiàn)象稱為超導(dǎo)電性。1933年，邁斯納和奧克森菲爾德兩位科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，如果把超導(dǎo)體放在磁場(chǎng)中冷卻，則在材料電阻消失的同時(shí)，磁感應(yīng)線將從超導(dǎo)體中排出，不能通過超導(dǎo)體，這種現(xiàn)象稱為抗磁性。

　　超導(dǎo)電性和抗磁性是超導(dǎo)體的兩個(gè)重要特性。使超導(dǎo)體電阻為零的溫度，叫超導(dǎo)臨界溫度。經(jīng)過科學(xué)家們數(shù)十年的努力，超導(dǎo)材料的磁電障礙已被跨越，下一個(gè)難關(guān)是突破溫度障礙，即尋求高溫超導(dǎo)材料。

　　奇異的超導(dǎo)陶瓷

　　1973年，人們發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)合金――鈮鍺合金，其臨界超導(dǎo)溫度為23.2K，該記錄保持了13年。1986年，設(shè)在瑞士蘇黎世的美國(guó)IBM公司的研究中心報(bào)道了一種氧化物（鑭－鋇－銅－氧）具有35K的高溫超導(dǎo)性，打破了傳統(tǒng)“氧化物陶瓷是絕緣體”的觀念，引起世界科學(xué)界的轟動(dòng)。此后，科學(xué)家們爭(zhēng)分奪秒地攻關(guān)，幾乎每隔幾天，就有新的研究成果出現(xiàn)。

　　1986年底，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室研究的氧化物超導(dǎo)材料，其臨界超導(dǎo)溫度達(dá)到40K，液氫的“溫度壁壘”（40K）被跨越。1987年2月，美國(guó)華裔科學(xué)家朱經(jīng)武和中國(guó)科學(xué)家趙忠賢相繼在釔－鋇－銅－氧系材料上把臨界超導(dǎo)溫度提高到90K以上，液氮的禁區(qū)（77K）也奇跡般地被突破了。1987年底，鉈－鋇－鈣－銅－氧系材料又把臨界超導(dǎo)溫度的記錄提高到125K。從1986－1987年的短短一年多的時(shí)間里，臨界超導(dǎo)溫度竟然提高了100K以上，這在材料發(fā)展史，乃至科技發(fā)展史上都堪稱是一大奇跡！

　　高溫超導(dǎo)材料的不斷問世，為超導(dǎo)材料從實(shí)驗(yàn)室走向應(yīng)用鋪平了道路。