超導體大綱

氣體液化問題是19世紀物理學的熱點之一。1894年荷蘭萊頓大學實驗物理學教授卡麥林?昂內斯建立了著名的低溫試驗室。1908年昂內斯成功地液化了地球上最後一種“永久氣體”-氦氣，並且獲得了接近絕對零度(零下273.2攝氏度，標爲OK)的低溫：4.25K-1.15K(相當於零下攝氏度)。爲此，朋友們風趣地稱他爲“絕對零度先生”。這樣低的溫度爲超導現象的發現提供了有力保證。經過多次實驗，1911年昂內斯發現：汞的電阻在42K左右的低溫度時急劇下降，以致完全消失卿零電阻)。1913年他在一篇論文中首次以“超導電性”一詞來表達這一現象。由於“對低溫下物質性質的研究，並使氦氣液化”方面的成就，昂內斯獲1913年諾貝爾物理學獎。

“超導電性”現象被發現之後，引起了各國科學家的關注和研究，並寄予很大期望。通過研究，人們發現：所有超導物質，如鈦、鋅、銘、鉛、汞等，當溫度降至臨界溫度(超導轉變溫度)時，皆顯現出某些共同特性：(l)電阻爲零，一個超導體環移去電源之後，還能保持原有的電流。有人做過實驗，發現超導環中的電流持續了二年半而無顯著衰減;(2)完全抗磁性這一現象是1933年德國物理學家邁斯納等人在實驗中發現的，只要超導材料的溫度低於臨界溫度而進入超導態以後，該超導材料便把磁力線排斥體外，因此其體內的磁感應強度總是零。這種現象稱爲“邁斯納效應”。

超導電性的本質究竟是什麼，一開始人們便從實驗和理論兩個方面進行探索。不少著名科學家爲此負出了巨大努力。然而直到50年人才獲得了突破性的進展，“BCS”理論的提出標誌着超導電性理論現代階段的開始“BCS”理論是由美國物理學家巴丁、庫珀和施裏弗於1957年首先提出的，並以三位科學家姓名第一個大寫字母命名這一理論。這一理論的核心是計算出超導體中存在電子相互吸引從而形成一種共振態，即存在“電子對”。

1962年英國劍橋大學研究生約瑟夫森根據“BCS”理論預言，在薄絕緣層隔開的兩種超導材料之間有電流通過，即“電子對”能穿過薄絕緣層(隧道效應);同時還產生一些特殊的現象，如電流通過簿絕緣層無需加電壓，倘若加電壓，電流反而停止而產生高頻振盪。這一超導物理現象稱爲“約瑟夫森效應”。這一效應在美國的貝爾實驗室得到證實。“約瑟夫森效應”有力的支持了‘BCS理論”。因此，巴丁、庫怕、施裏弗榮獲1972年諾貝爾物理獎。約瑟夫森則獲得1973年度諾貝爾物理獎。

超導體的研究進入60年代以來，重。已逐漸轉向對超導新材料的開發方面。開發高臨界溫度的超導材料將能爲超導體的大規模應用創造條件。

德國物理學家柏諾茲和瑞士物理學家繆勒從1983年開始集中力量研究稀土元素氧化物的超導電性。1986年他們終於發現了一種氧化物材料，其超導轉變溫度比以往的超導材料高出12度。這一發現導致了超導研究的重大突破，美國.中國、日本等國的科學家紛紛投入研究，很快就發現了在液氮溫區獲(-196C”以D得超導電性的陶瓷材料，此後不斷髮現高臨界溫度的超導材料。這就爲超導的應用提供了條件。帕諾茲和繆勒也因此獲1987年諾貝爾物理獎。