高温超导体研究的发展

一、引言自从1986年由瑞士苏黎世IBM研究实验室的J.G.Bednorz和K.A.Muller发现在氧化物Ba-La-Cu-O系统中可能存在着超导转变起始温度为35K的超导电性,并很快为他们自己和日本东京大学的Shin-ichi USHIDA et a1.的抗磁性实验进一步证实后,在全世界范围内立即掀起了探索高临界温度超导体的热潮.在短短的半年多时间内,超导体研究领域中已经发生了革命性的变化.人们不仅发现了像Ba-La-Cu-O、Sr-La-Cu-O,以及Ba-Y-     

利用动态低温X射线衍射法研究高T_c超导体Y_1Ba_2Cu_3O_(7-δ)的结构和性质之间的关系

Y-Ba-Cu-O混合物是在液氮温度以上具有超导性的超导氧化物体系。关于在该体系中起超导作用物相Y_1Ba_2CuO_(7-δ)的制备、性质和结构,最近已有文献报道。这里,我们报道高临界温度(T_c)超导体Y_1Ba_2Cu_3O_(7-δ)的动态低温X射线衍射研究的结果。这种材料曾测量具有118°K的超导起始温度并在92°K达到零电阻。     

铁基超导材料制备研究进展

超导现象于1911年首次被发现, 此后科学家们一直都在寻找拥有更高临界温度的超导材料, 研究重点也逐渐从金属系物质转到铜氧化物. 目前, 物理学界对高温超导机制仍未形成一致看法, 研究人员希望在铜氧化物超导材料以外再找到新的高温超导材料, 以期从新的途径来破译高温超导机理. 2008年初, 日本学者发现了临界温度可以达到26 K的新型超导材料—— LaO_1-xF_xFeAs, 这一突破性进展开启了科学界新一轮的高温超导研究热潮. 随后, 科研人员在这一体系中展开了积极的实验和理论研究. 中国科研机构, 特别是中国科学院, 迅速开展了卓有成效的研究工作, 在新一轮的高温超导研究热潮中占据了重要位置. 铁基超导材料的研究正在持续升温, 新的发现层出不穷. 本文按照体系分类, 以时间顺序, 分别对铁基超导材料的四大主要研究体系(“1111”体系、“122”体系、“111”体系和“11”体系)的具体材料制备研究进展进行了分析, 比较全面地介绍了各种铁基超导材料的合成方法及其关键物理参数.     

高温超导性理论的研究

最近两年以来,物质的超导性和超导材料的研究得到了突飞猛进的发展.一大批具有临界温度T_c值大于90K的高温陶瓷超导材料ⅡA-ⅢB-Cu-O被发现(这里ⅡA是指Ba、Sr或Ca等,ⅢB是指La、Y,Sc等元素.)它对工农业等整个国民经济的发展具有重大意义.很奇怪,这一巨大成就均不是在原有的超导理论的指导下所获得的,而是凭经验,从实践中“意外”发现的.但人们至今还不清楚为什么这类陶瓷氧化物超导体具有如此高的T_c值?体内什么样的内部结构(晶体结构和电子结构)引起了这样高的T_c值的出现?它是否可以制     

(Ba,Y)CuO_3系统的高温超导电性

作为非常规超导体之一的新型氧化物超导材料,在探索高临界温度超导体的研究工作中,一直受到人们的极大关注。像Li-Ti-O和Ba-Pb-Bi-O系统,不仅具有较高的临界温度,而且往往呈现出许多奇异的特性。例如,它们的电子浓度低(～10~(21)/cm~3);属于Ti或Bi的混     

向液氢温区前进——探索高临界温度超导体

1973年,在美国加特林伯格(Gatlingburg)举行的超导电性与点阵不稳定性会议上,加瓦勒(Gavaler)和泰斯塔迪(Testardi)报告,他们先后用溅射法制成了临界温度T_c为23.2K的A15结构的Nb_3Ge。这一重大突破,使在液氢温区(20.4K)实现超导应用这一宿愿,有可能在不远的将来实现。探索高临界温度超导体(简称高T_c超导体),从1911年昂尼斯(Onnes)发现超导现象以后就开始了。当时,离实现氦气液化只有三年时间,世界上只有少数几个实验室有液体氦。所以,必须找到高T_c超导体,才能谈到超导现象的应用。研究中发现,超     

高温有机超导体新进展

第一个有机超导体发现于1980年,当时,其临界温度还不到1K,1988年,有机材料的最高超导转变温度已达10K.最近,转变温度又有提高:美国阿贡国家实验室的研究人员报道合成了两类新型有机超导体.其中一类的临界温度在常压下达11.6K,另一类在0.3Kbar压力下,于12.8K成为超导体.这两类新型超导体如同许多其它有机超导体一样,当压力增加超过超导起始转变临界值时,其临界温     

新的高温超导体家族

迄今为止发现的所有临界温度在50K以上的超导体都具有铜-氧双层金字塔结构。而各高温超导体家族所不同之处,在于双金字塔层之间的结构。对于转变温度为93K的Y-Ba-Cu-O超导材料,两金字塔层之间具有Cu-O链状结构;而对于转变温度为125K的铊基材料这两层之间具有TL-O层状结构贝尔实验所发现的新材料,则在两金字塔层之间具有Pb-O/Cu-O/Pb-O三层结构,其中两氧化铅金     

超导材料的电子显微结构

超导陶瓷氧化物YBa_2Cu_3O_7的出现使超导临界温度达到90K,从而使超导材料向实用化迈进了一大步。超导材料结构的研究有助于弄清超导机理,并为寻找更好的超导材料开辟道路。下面介绍中国科学院上海硅酸盐研究所在超导结构研究方面的一些成果。     

科技信息

法研制出高临界 温度的超导材料 法国巴黎工业物理与化学学院的M·拉热教授宣布,他领导的科研组研制成功了临界温度为250K(即-23℃)的高温超导材料,将临界温度的记录一下子提高了近100度,引起科技界的广泛关注。     

模式识别预报与转变温度135K(Bi,Pb)SrCaCu(O,F)超导体的制备

迄今报道具有最高零电阻温度T_(co)=125K的超导体是T1系氧化物,但Tl_2O_3极易挥发且剧毒,使其研究与应用均受限制。除Tl系外,最高T_(co)(118K)的超导体由中南工业大学于1989年制备,其名义组成为(Bi_(1.7)Pb_(0.3))Sr_2Ca_2Cu_3(O_(y-0.70)F_(0.7)),具有超导转变温度T_0(onset)=125K。由于Bi系不含稀土元素,备受注目。鉴于模式识别方法在化学中应用颇有成效,近来我们应用它研究1989年实验数据,预报可能具有高T_c的实验条件与名义组成,并据此成功地制备了T_c(onset)=135K且T_(co)=118K的含F、Bi系超导体。     

掺Ce对YBa_2Cu_3O_y体系成相的影响

自从高临界温度氧化物超导体被发现以来,元素替代一直是人们探索其超导电性产生机制和寻找新的超导体系的有效方法之一.在YBaCuO体系中,对于Y位替代的大量实验结果表明,稀土元素中除Pr,Ce,Tb外都能形成正交的123相,并保持临界温度在90K左右的超导电性.目前,关于Y_(1-x)Pr_xBa_2Cu_3O_y体系虽然保持正交123相但并不是高温超导体的研究已有大量的报道,然而对于掺Ce的(Y,Ce)Ba_2Cu_3O_y系统的研究则报道较少,对于掺Ce的YBaCuO体系超导临界温度下降甚至不超导的原因目前主要有两种观点:其一认为用固相反应法在常规合成条件下,完全或部分替代Y都不可能得到单一的123相,但是有限的Ce能够进入123相并导致123相正交向四方的转变,从而影响超导电性;另一种观点则认为Ce     

高磁场中的化学及其未来

在超导材料开发的同时研究人员一直在注意提高超导磁体的质量。1987年卡尔斯鲁厄大会公布的一种含有Ti/Nb_3Sn基合金的磁体,其最高记录的磁通密度迄今为20.15泰斯拉(T)。然而高磁场的产生需要低温条件。一种新近发现(1986)的氧化物基高温超导体虽然达到高临界温度(Tc),但仍应该作进一步开发,使之成为产生高磁场的超导磁体。对超高磁场的研究也是对极端领域如超高温、超低温、超高压和超高真空领域的研究。借助新科技考察各种材料(金属、半导体、活体、大分子、液晶等)和原子、分子、原子团以及离子,可望导致新材料的发现和/或新现象的开发。在高磁场中,物质可能显示出独特     

铌黑钨矿(Wolframoixiolite)的晶体结构

1969年苏联学者首次报道了铌黑钨矿,由于没能发现单晶体,所以一直缺乏对该矿作进一步的研究。在对我国湖南省骑田岭地区的富钨铌钽氧化物研究过程中发现了铌黑钨矿,并找到了适于晶体结构分析的单晶体,我国和苏联产的铌黑钨矿成分比较见表1。     

60K零电阻的超导薄膜

自从1962年,Josephson从理论上预言了电子对隧道效应,并于1963年被实验所证实以来,由于SQUID等约瑟夫孙器件广泛应用的可能性,促使超导薄膜的研究工作蓬勃发展。迄今为止,约瑟夫孙器件所用的超导薄膜材料主要是纯金属和合金,它们的转变温度最高也只有16K左右,所以只能在昂贵的液氦条件下工作。 1975年有人首先研究了具有钙钛矿结构的BaPb_(1-x)Bi_xO_3系氧化物超导体。随后曾尝试用这种复杂氧化物薄膜制作约瑟夫孙器件。可惜这种氧化物的T_c值在13K左右。最     

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。     

含Cu和Ba系列单相陶瓷高温超导体前景预测及T_c的提高方法

作为非常规超导体之一的新型氧化物超导材料,在探索高临界温度超导体的研究工作中,一直受到人们的极大关注。而含Cu和Ba系列是其中最为重要的。单相陶瓷对高温超导理论又具有特别的意义,因此我们选用它们作为研     

贫钇YBa_2Cu_3O_(7—y)超导材料的结构缺陷研究

高临界温度(T_c)YBCO氧化物超导体在实际应用中所具有的潜在优势使这一研究领域仍十分活跃.大量研究表明:这种材料的原始化学配比对其超导电性有明显的影响.元素替代及非化学计量配比由于在纳米甚至原子尺度上引起成分扰动,将使钙钛矿型骨架结构中各晶位处格点排列发生局部变化,势必影响其超导行为.至今报道的所有T_c≈90K的123相氧化物均具有正交晶体结构、Cu-O链和Cu-O面,这些因素是维系超导电性的最基本结构特征.     

超导电性问题

超导电的现象是卡末林-翁纳斯在1911年发现的。他在研究氦温度下(指低于氦的沸点——4.2°K——的温度)金属的电阻时,发现汞的电阻在接近4°K 时突然变为零。以后又在23种纯金属与大量的合金上发现这个现象,这些物质转变到无电阻状态,即超导状态的温度是不同的,但这些温度都非常低。合金 Nb_3Sn 具有最高的临界温度(18°K),而合金 Bi_2Pt的临界温度最低(0.155°K)。不必说到在超导电性初发现的时代,当时还不存在关于金属电导的连贯一致的理论,即使在三十年代     

高T_c(Y_(0.5)Ba_(0.5))_3Cu_3O_(9-x)超导材料的热电势

最近在Y-Ba-Cu-O氧化物中90K以上的超导电性的发现,在此领域内引起了多方面的广泛研究。本文报道了我们对北京大学小组制备的高T_c氧化物超导样品热电势测量的一个典型结果。