2017事業(yè)單位備考:什么是鐵基超導(dǎo)?

　　一、鐵基超導(dǎo)

　　(一)什么是鐵基超導(dǎo)

　　超導(dǎo)，全稱超導(dǎo)電性，是20世紀(jì)很偉大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一，指的是某些材料在溫度降低到某一臨界溫度，或超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度以下時(shí)，電阻突然消失的現(xiàn)象。具備這種特性的材料稱為超導(dǎo)體。

　　(二)鐵基超導(dǎo)的中外發(fā)展

　　超導(dǎo)是物理世界中很奇妙的現(xiàn)象之一，它的發(fā)現(xiàn)已有百年歷史。

　　1911年，荷蘭萊頓大學(xué)的卡末林·昂內(nèi)斯意外地發(fā)現(xiàn)，將汞冷卻到-268.98℃時(shí)，汞的電阻突然消失了。后來他又發(fā)現(xiàn)許多金屬、合金都具有與汞相類似的低溫下失去電阻的特性�？�末林將汞的這種特殊導(dǎo)電性能稱為超導(dǎo)態(tài)。由于這一物理新發(fā)現(xiàn)，卡末林獲得了1913年的諾貝爾物理獎(jiǎng)。

　　此后，物理學(xué)家麥克米蘭根據(jù)傳統(tǒng)理論計(jì)算推斷，超導(dǎo)體的轉(zhuǎn)變溫度不能超過40K(約-233℃)，這個(gè)溫度也被稱為麥克米蘭極限溫度。此理論意味著若要實(shí)現(xiàn)電阻為零的超導(dǎo)態(tài)，必須要有極低溫環(huán)境，這便給超導(dǎo)應(yīng)用帶來困難。

　　人類對(duì)超導(dǎo)的應(yīng)用是否只能被限制在40K以下?抑或是麥克米蘭所依據(jù)的傳統(tǒng)理論本身存在缺陷?40K麥克米蘭極限溫度能否被突破?為了探索這些問題，幾十年來，世界各國(guó)的科學(xué)家們做了無數(shù)次嘗試。特別是相對(duì)于麥克米蘭極限所描述的低溫環(huán)境，科學(xué)家們研究超導(dǎo)的美好愿望就是找到40K以上的“高溫”超導(dǎo)。

　　1986年初，歐洲科學(xué)家貝德諾茲和繆勒發(fā)現(xiàn)以銅為關(guān)鍵超導(dǎo)元素的銅氧化物超導(dǎo)體，轉(zhuǎn)變溫度達(dá)到35K。這一年的9月份，趙忠賢坐在物理所圖書館翻閱著很新一期的《物理學(xué)》雜志，當(dāng)讀到貝德諾茲和繆勒發(fā)表的文章時(shí)，他陷入了長(zhǎng)時(shí)間的思考。他認(rèn)為繆勒的想法是有道理的，就是要充分利用材料結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性來實(shí)現(xiàn)高溫超導(dǎo)。10月中旬，趙忠賢便與物理所其他科研人員合作，開始了銅氧化物的超導(dǎo)體研究工作。

　　到12月20日，趙忠賢等人在鍶鑭銅氧中實(shí)現(xiàn)了起始溫度為48.6K的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變。緊接著，在第二年的2月19日，趙忠賢等人又在釔鋇銅氧中發(fā)現(xiàn)了起始溫度高于100K、中點(diǎn)溫度為92.8K的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變。在此之前，世界上一切超導(dǎo)研究都必須采用昂貴并難以使用的液氦來使超導(dǎo)體達(dá)到轉(zhuǎn)變溫度，這對(duì)超導(dǎo)研究形成了巨大障礙。趙忠賢團(tuán)隊(duì)是使用液氮來達(dá)到超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度的，這一方法為超導(dǎo)研究開辟了新天地，大大方便和加速了全世界的高溫超導(dǎo)研究。5天以后，中國(guó)科學(xué)家正式公布了這一很新成果。

　　(三)鐵基超導(dǎo)的應(yīng)用

　　近年來，國(guó)內(nèi)外相繼研制成功了多種超導(dǎo)材料和超導(dǎo)應(yīng)用器件，超導(dǎo)正在為人類的工作、學(xué)習(xí)和生活提供著便利。

　　如高溫超導(dǎo)濾波器已被應(yīng)用于手機(jī)和衛(wèi)星通訊，明顯改善了通信信號(hào)和能量損耗;世界上各醫(yī)院使用的磁共振成像儀器(MRI)中的磁體基本上都是由超導(dǎo)材料制成的;使用的超導(dǎo)量子干涉器件(SQUID)裝備在醫(yī)療設(shè)備上使用，大大加強(qiáng)了對(duì)人體心腦探測(cè)檢查的精確度和靈敏度;世界上示范性超導(dǎo)變電站也已在我國(guó)投入電網(wǎng)使用，它具備體積小、效率高、無污染等優(yōu)點(diǎn)，是未來變電站發(fā)展的趨勢(shì)。

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