什么是超导体?
来源：学生作业帮助网 编辑：六六作业网 时间：2024/11/21 20:26:30
什么是超导体?
什么是超导体?
什么是超导体?
某些材料在温度降到一定程度以下时,它的电阻率将为零并且能将磁力线排出体外,这就是超导体.超导的应用充满诱惑力,因为可以实现完全无阻碍也即无损耗地承载电流,可以节约大量的能源.实际上大部分金属和合金都可以超导,只是它们的超导临界温度很低,一般都小于30K,这正是超导体应用的瓶颈.
1957年,巴丁、库伯和施隶佛用电子-晶格相互作用模型解释了传统金属的超导微观机理（BCS理论）,他们认为在低温环境下,动量相反、自旋相反的电子将会间接通过有序排列的原子晶格局域畸变产生吸引相互作用而配对,配对后的电子可以抵消各自受到的散射从而实现无阻碍集体运动,形成零电阻效应.
BCS理论完美解释了传统金属的超导机理,他们三人因此获得诺贝尔奖,其中巴丁已经在此之前因为发明第一个半导体晶体管荣获了一次诺贝尔物理学奖,成为历史上唯一一个获得两次诺贝尔物理学奖的科学家.用我们的“八卦阵模型”来理解BCS理论就是：攻方将士不再是一个个单打独斗,而是互相配合不断吸引阵中敌人的注意力,从而巧妙地绕开阵中障碍冲出重围.用一位漫画家送给李政道先生的画题词来说就是“双结生翅成超导,单行苦奔遇阻力”.
要实现超导大规模应用,最重要的就是需要不断提高超导临界温度,使得超导体在较高温度下就可以使用.1986年始发现的铜氧化物超导家族就具有高达160K的临界温度,使得超导应用在较为廉价的液氮温度下就可以实现,让人们对超导应用充满憧憬.可惜这类材料因机械性能不好、可承载电流密度太低等各种因素局限了它的应用.
值得一提的是,超导体在临界温度以上即所谓“正常态”下一般都是导体甚至是良导体,而铜氧化物超导体母体是绝缘体,通过掺杂更多的载流子成为导体后才能在临界温度以下进入超导态,因此把超导体划分在导体和绝缘体之外似乎也不甚准确.铜氧化物超导体中的超导机理至今尚不清楚,不仅如此,人们还不断发现其他类型的超导体,它们的超导机理更为复杂.在这些新超导发现和机理研究领域前沿,也活跃着不少中国和华人科学家,他们正在为实现未来人类的超导世界贡献智慧和力量.