突破液氮温区的高温氧化物超导体发展史话

类别:公司新闻    发布时间:2020-06-26 00:00

首先要搞清高温超导体中高温这个词的概念.平时人们读到高温一般指在100℃以上的温度,然而在超导领域中,读到高温这个词时,Ba-La-Cu-O氧化物超导体的临界温度达35K(-238℃)就算是高温了.由于从1911年以后的75年间,所有超导体的临界温度没超过23.2K,所以一下子把超导体的临界温度提高了12K,这对超导体来讲是一次重大的突破.所以与以前超导临界温度相比,是相对高温了,故称其为高温超导体,到1993年发现的临界温度135K的汞系超导体,给超导电性的应用,展示了广阔的前景.

由于1986年以前,所有超导体必须在液氦(4.2K)环境下运行,而氦的资源在大气中含量极低(百万分之五),在天然气中也不十分富裕.加上氦气液化技术复杂,而能源消耗大,给超导休的应用带来许多不便.1986年以后发现的许多氧化物超导体.它们Tc均在液氮温度(77K)以上,而且氮气在空气中含量达70%,它的液化技术简单,成本低,可以得到广泛应用.

超导体的临界温度突破液氮温度(77K),不仅对科学界是一个冲击,而对整个工业界也有极大的反响,很必然在世界范围内出现了高温超导体的研究热潮.

向高温超导体挑战的研究人员中,有的一直是从事超导领域工作的科技工作者,更多 是新加入这个行列来的.在这超导热的研究中也不是一帆风顺的,让我们简单回颜一下他们所走过的历程.

1964年人们发现了第一种氧化物超导体Na0.3WO4 ,它的Tc=0.5K.到1986年高温超导体发现之前一共发现了20多种氧化物超导体,其中方晶石结构的Li1+xTi2_xO4和钙钛矿结构 的BaPbxBi1_xO3 的Tc分别达到13.7K和13K,它的超导电性只存在一定成份区域中,杂质和缺陷在超导电性中起着本质的作用,而许多材科是处在某种热力学上的亚稳相.所以在1986年Bednorz和Muller发现的镧钡铜氧化物超导体,在35K时,电阻开始下降,到十几K时电阻降为零.当时并没有引起人们的注意,同年10月他们证实了这种材科有迈斯纳效应,这时世界上一些科学家冒着失败的风险,向这一未知的领域挺进了.

1986年12月日本的Tanaka小组确定了这种高温超导体是具有K2NiF4结构(称214结构)的La2-xMxCuO4.M是碱土元素Sr,Ba,Ca等.

1986年12月30日美国休斯敦大学朱经武小组观察到了在压力下La-Ba-Cu-O在50.5K下的超导转变.

1987年2月24日赵忠贤小组宣布获得液氮温区超导体,超导转变温度超过100K,出现零电阻的温度为78.5K,并公布了材料的组成为Y-Ba-Cu-O.

同时,日本的Hikami小组也独立得到这样超导材料,很快确定了这种Tc高于液氮温度的超导体具有正交的123结构的 YBa2Cu3O7-δ.

1993年发现了汞系超导体,美国朱经武小组制备了HgBa2Ca2Cu3O8+δ超导体,它的零电阻温度为134.5K.

值得一提的是2001年日本科学家发现新超导体MgB2化合物,其TCO为37K,临界磁场达15-20T,有大的载流能力,而加工工艺简单,Mg+2B →MgB2 (900℃/2h),若能解决该材料的成材工艺,在20K条件下工作,不是不可取的.为此在世界上也掀起一股不小的浪潮.

2008年3月赵忠贤等研制出Tc 40 K以上铁基高温超导体,获2013年度国家自然科学一等奖。

尽管铁基超导体的临界温度只有数十K,研究铁基超导体可能有助于了解高温超导的机制。