超导研究:始终充满活力的科学前沿

<正>超导电性是指一些材料在某个温度以下电阻为零的现象.超导作为一种新奇的宏观量子现象,具有零电阻和抗磁性两个基本特性,因此超导材料有许多重要的潜在应用.自1911年被发现以来,超导研究一直是物理研究的前沿课题,对新实验技术的发展、新理论的创立以及超导的广泛应用都产生了深远的影响.不断探索新的超导材料,提高超导转变温度,一直是超导研究的一个重要方向.     

陨石中首次发现超导材料

<正>最近,美国科学家在2块不同的陨石中发现了超导材料,这是超导材料在太空中形成的第一个证据。这一发现的重要意义不仅在于它是罕见的天然形式的超导材料,而且还为人类寻找室温超导材料点燃了新的希望。研究人员利用一种叫做磁场调制微波光谱的技术(MFMMS,一种主要用于寻找超导现象的高灵敏度技术),对来自15种不同陨石的碎片进行了详细研究。结果发     

等离子喷涂氧化物超导体

高T_c氧化物超导材料问世以来,它的实际应用可能性引起了人们的广泛注意。这种材料的高脆性使得其加工成型非常困难,成为应用的主要障碍之一。本文将报道我们用等离子喷涂工艺研制成功液氮温区超导体的结果,运用此种工艺可以非常方便地在多种基体上复合这类材料,制备出实用超导器件,从而为氧化物超导材料的大规模工业化应用提供了一条有效的途径。     

超导电性理论进展

在液氮温度以上的超导陶瓷材料发现三年后的今天,令人惊奇的是仍未曾有解释超导现象的简单理论.但是,至少我们能够较为容易地理解为何会形成超导的现象了.首先,所发现的超导材料似乎都有一个能够解释其特性的共同结构特征——二维层状结构,其中具有变价态的铜离子通过氧原子与其它元素联结.在铜氧化物超导体其它组分的作用仅仅是将有效层(铜氧层)结合在一起、以调节其电子特性的假设下,更合乎情理的解释应当是考虑铜离子层中电子的传导.     

用激光扫描方法改善超导薄膜的厚度均匀性

随着高T_c超导薄膜的成功制备,人们开始着眼于它的实际应用.目前,超导薄膜最有可能得到应用的一个重要方面是微波器件.但微波器件通常要求超导薄膜的厚度均匀面积大于几个平方厘米.因而制备膜厚均匀的大面积高T_c超导薄膜是当前的一个重要的研究课题.至今为止,人们采用了各种镀膜技术来制备大面积超导薄膜,如激光消融技术磁控溅射、化学气相淀积等.文献[1,2]指出,如果不采取适当的措施,激光淀积超导薄膜的厚度分布是极不均匀的,这是因为激光在超导靶上消融的粒子束高度集中在激光消融点靶面法线方向上一个狭窄的区域内.但可通过基片扫描或旋转来改善激光波积的超导薄膜的厚度     

趣味科普问答

问:我曾经在富士山上看到过一个非常奇特的现象:一个酷似宽边帽的云“戴”在富士山的头上。我非常好奇,为什么会出现这种现象?它们是否只出现在那些曾经发生过火山的山上,还是在只要有像在富士山这样高的山顶就可能会出现这种现象呢?     

高T_c YBa_2Cu_3O_x超导体中铜的价态的荧光光谱研究

La-Ba-Cu-O复合氧化物高温超导现象的发现,引起了全世界对超导研究的强烈兴趣。大量的研究结果表明:这种高T_c超导材料的主要物相是具有钙钛矿结构的正交晶型的YBa_2Cu_3O_x。这一物相中氧的缺陷情况和铜的价态与超导性质密切相关,一般认为Cu~(2+)和Cu~(3+)同时存在。根据荧光谱的测定,在390nm处观察到一个发射峰,意味着在此超导物相中有Cu~+存在。     

关于超导的研究

一、引言近年来在氧化铜陶瓷材料基础上相继问世的新型高温超导体使超导现象成为物理学界同时也成为普通群众的时髦话题。磁体能够漂浮在冷却到液氮温度的超导小球的上空,这一奇妙现象为当前科技领域的重大突破和人们欣喜若狂的炽热情绪提供了一幅栩栩如生的画面。超导领     

激光扫描原位淀积Y_1Ba_2Cu_3O_(7-x)大面积超导薄膜

高T_c超导性应用的一个重要领域是超导微波器件,这种超导微波器件最显著的特点是它的微波表面电阻比一般金属低得多.作为微波器件用的超导薄膜其面积要求大于几个平方厘米.而以往最有效制备高T_c超导薄膜的脉冲激光淀积技术只能在小面积上生长均匀性能优良的超导薄膜.因此,采用恰当的措     

掺Pb的BiSrCaCuO系超导体

最近,Bi-Sr-Ca-Cu-O系超导体格外受到人们的注意,首先是因为它不合有稀土元素,而且超导临界温度T_c也高。但是,这种氧化物超导体的烧结工艺比较难于掌握,最佳烧结温度区间很窄,在烧制过程中任何一环节稍有疏忽,便得不到较好的超导样品。在超导测量     

超导技术的最近进展和发展动向

超导技术的应用前景十分诱人:诸如把没有电阻现象的超导技术用于电力输送,可以大大节省能源;用于医学上的核磁共振成象系统,有助于心血管疾病的诊断;用于电子计算机,可以大幅度地缩小体积,降低成本,提高运算速度;利用超导体的抗磁性,可制造出速度极高的悬磁浮列车……。因此,超导技术研究的突破性进展具有划时代的意义,它将使整个人类的生活发生急剧的变化。目前,世界上已有200多个实验室在对超导技术开展研究,最近已取得了显著的进展,即将要进入作为实用技术的阶段。本文以超导电机作为第一应用目标,介绍超导技术的最新进展和今后的发展动向。——译者注     

重费米子材料CeCoIn_5超导态的唯象理论

重费米子超导体是最早发现的非常规超导体,具有丰富的超导量子现象.理解重费米子超导配对的微观起源能够启发非常规超导的机理研究和新型超导体的实验探索.本文简要介绍了近年来在重费米子超导实验和理论上的最新进展,利用量子临界自旋涨落的唯象模型,结合Eliashberg理论计算了CeCoIn_5的超导性质,得到了具有dx~2-y~2波对称性的超导能隙,符合实验结果.在此基础上提出了计算超导转变温度T_c的简化公式,结合二流体理论解释了CeCoIn_5和CeRhIn_5中T_c随压力的演化.这一结果为发展重费米子超导的唯象理论提供了新的思路.     

量子尺寸效应导致的金属薄膜材料的奇异超导性质

我们在硅衬底上制备出了厚度在原子尺度上可控、宏观尺度上均匀的铅薄膜。我们观察到了随着厚度一个原子层一个原子层增加时薄膜超导转变温度的振荡现象。我们证明,这种振荡行为是量子尺寸效应的结果。在这种薄膜中,电子德布罗意波的干涉行为类同于光的法布里-玻罗干涉,会导致量子阱态的形成。量子阱态的形成改变了费米能级附近的电子态密度和电声子耦合强度,从而最后导致了超导转变温度的变化。我们的工作表明:通过精确控制这种厚度敏感的量子尺寸效应,可以调制材料的物理和化学性质。量子尺寸效应导致的金属薄膜材料的奇异超导性质@张…     

超导单晶晶须的生长

一、引言 在多晶氧化物超导材料中,由于晶界及晶粒取向造成的颗粒弱连接,限制了临界电流密度的提高,使其难于达到实用要求。为了深入研究氧化物超导材料的晶体结构、超导性与其他物理性能,大幅度提高J_c值以满足实用要求,制备高质量大尺寸的单晶是非常重要的,尤其是柔     

新一代超导托卡马克核聚变实验装置建成并成功放电

近日,我国自行设计、研制的世界上第一个全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)正式建成并投入运行.由中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所承担的“EAST全超导托卡马克实验装置”是国家“九五”大科学工程,它是专家们经过数年评审和论证,在上百个重大建议项目中挑选出来的.     

说说超导体

1911年荷兰科学家昂乃斯把气体氦液化后,得到了极低的温度——零下269℃（4.2K）,昂乃斯立刻用水银做了低温下的通电实验。奇怪,那冻成了固体的水银导线电阻突然消失了,变为零。这个实验震动了物理学界,人们把这种低温下电阻为零的现象叫作“超导现象”,把那些可以产生超导现象的材料称为“超导体”,把产生超导现象的温度叫作“临界温度”,也叫作“转变温度”。     

超导量子电路材料

超导量子电路由超导的电容、电感、约瑟夫森结、传输线构成,在超低温下表现出宏观量子效应.由于超导体自身的耗散极低,超导量子电路的一个重要应用研究方向是具有长相干时间的超导量子比特.超导量子电路沿用了传统集成电路的微纳米制造工艺,包含多个超导量子比特的芯片也能进行规模化加工和封装.但是,在超导量子电路的结构设计、材料制备、芯片制造、工作环境等各个环节都会引入耗散通道,限制了超导量子比特的相干性.从微观机理上分析,这其中大部分通道都与量子电路材料及表界面相关,因此从材料和工艺出发,全方位探索高质量超导量子电路的制备是进一步推进其应用的必然趋势.     

钽酸钾界面超导的发现与研究进展

两个绝缘氧化物的界面可以导电,甚至超导,这种现象引起了研究人员的广泛关注.在过去一二十年里,最经典的体系是以LaAlO₃/SrTiO₃为代表的SrTiO₃界面电子气及超导(2004年发现界面电子气, 2007年发现界面超导).最近,钽酸钾(KTaO₃)界面超导的发现为相关研究注入了新的活力.这一新的氧化物界面超导体系比经典的SrTiO₃体系具有更高的超导转变温度、更强的自旋轨道耦合以及相媲美的可调控性.本文对钽酸钾界面超导的发现和研究进展进行了简要评述,概述了钽酸钾的基本性质、钽酸钾界面超导的发现历程、主要物性特征以及调控方法,探讨了钽酸钾界面电子气的形成机制与超导机理,对钽酸钾界面超导的未来发展进行了展望.希望本文能够帮助读者更好地了解氧化物界面超导领域尤其是钽酸钾界面体系的发展近况.     

在Bi-Sr-Ca-Cu-O系中110K超导体的制备

在Tl-Ba-Ca-Cu-O(TBCCO)和Bi-Sr-Ca-Cu-O(BSCCO)系中可以分别得到零电阻超导转变温度T_c为120—125K和110K的超导体,是目前T_c最高的两个超导体系。由于Tl剧毒、价格高和易挥发等缺点,导致在该体系研制和未来使用中的某些不便。因此,在某种程度上BSCCO体系受到人们更大的关注。 根据我们和国内外的研究结果,在TBCCO和BSCCO系中超导相及其结构是非常相似的。在BSCCO体系中比较肯定的超导相及其结构如表1。     

CrAs超导体的研究和展望

重费米子超导体、铜基高温超导体和铁基高温超导体等新超导体的发现及非常规超导电性的研究一直推动着凝聚态物理学的发展.这类超导体的一个最基本特征是当长程反铁磁序被压制时会出现超导现象,而要破坏长程磁有序,除了掺杂不同元素以引入电荷载流子或者化学压力外,加压也是一种有效的调控手段.本工作在综述第一个Cr基化合物超导体CrAs的结构和基本物理性质基础上,重点介绍了通过加压CrAs的双螺旋磁性被压制,出现超导电性的衍化过程.此外也综述了CrAs的结构、磁性和超导电性等方面的后续研究工作以及其他相关新型超导体.在CrAs体系中,超导临近于双螺旋反铁磁序及出现的量子临界行为等多种实验证据表明CrAs具有非常规超导电性.CrAs超导电性的发现为探索新的非常规超导体打开了一条新路.