高温超导

时间:2024-11-18 08:59:19编辑:优化君

高温超导材料有哪些特点?历史是什么?发明者是谁?请简要回答。谢谢

高温超导材料,是具有高临界转变温度(Tc)能在液氮温度条件下工作的超导材料。因主要是氧化物材料,故又称高温氧化物超导材料。

超导体得天独厚的特性,使它可能在各种领域得到广泛的应用。但由于早期的超导体存在于液氦极低温度条件下,极大地限制了超导材料的应用。人们一直在探索高温超导体,从1911年到1986年,75年间从水银的4.2K提高到铌三锗的23.22K,才提高了19K。


1986年,高温超导体的研究取得了重大的突破。掀起了以研究金属氧化物陶瓷材料为对象,以寻找高临界温度超导体为目标的“超导热”。全世界有260多个实验小组参加了这场竞赛。

1986年1月,美国国际商用机器公司设在瑞士苏黎世实验室科学家柏诺兹和缪勒首先发现钡镧铜氧化物是高温超导体,将超导温度提高到30K;紧接着,日本东京大学工学部又将超导温度提高到37K;12月30日,美国休斯敦大学宣布,美籍华裔科学家朱经武又将超导温度提高到40.2K。


高温超导材料是哪一年由谁首次发现的?

高温超导材料是指在高于液氮温度(77K或-196℃)下,具有超导性能的材料。高温超导材料的发现给超导领域带来了革命性的变化,因为高温超导材料的制备和使用比传统的低温超导材料更加便捷和经济,具有更广泛的应用前景。高温超导材料的发现始于1986年。当时,来自IBM研究实验室的Alex Müller和Georg Bednorz在研究铜氧化物的磁性质时发现,一种由铜氧离子和氧离子组成的配合物在冷却到低于临界温度后,突然出现了超导性能。这是第一次发现高温超导材料,并使得科学家们开始探索更多的高温超导材料。 在随后的研究中,科学家们发现了很多其他的高温超导材料,其中最著名的是钇钡铜氧化物(YBCO)和铋钡钡钇铜氧化物(Bi2212)。这些材料的超导温度可以达到液氮沸点的一半以上,这意味着它们可以使用液氮而非昂贵的液氦进行冷却。 高温超导材料的发现极大地推动了超导领域的发展。它们在电力输送、电子器件和磁共振成像等领域具有广泛的应用前景。高温超导材料也成为当今材料科学研究的一个重要领域,吸引了大量科学家的关注和研究。

高温超导体有没有?

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解析:

超导体得天独厚的特性,使它可能在各种领域得到广泛的应用。但由于早期的超导体存在于液氦极低温度条件下,极大地限制了超导材料的应用。人们一直在探索高温超导体,从1911年到1986年,75年间从水银的4.2K提高到铌三锗的23.22K,才提高了19K。

1986年,高温超导体的研究取得了重大的突破。掀起了以研究金属氧化物陶瓷材料为对象,以寻找高临界温度超导体为目标的“超导热”。全世界有260多个实验小组参加了这场竞赛。

1986年1月,美国国际商用机器公司设在瑞士苏黎世实验室科学家柏诺兹和缪勒首先发现钡镧铜氧化物是高温超导体,将超导温度提高到30K;紧接着,日本东京大学工学部又将超导温度提高到37K;12月30日,美国休斯敦大学宣布,美籍华裔科学家朱经武又将超导温度提高到40.2K。

1987年1月初,日本川崎国立分子研究所将超导温度提高到43K;不久日本综合电子研究所又将超导温度提高到46K和53K。中国科学院物理研究所由赵忠贤、陈立泉领导的研究组,获得了48.6K的锶镧铜氧系超导体,并看到这类物质有在70K发生转变的迹象。2月15日美国报道朱经武、吴茂昆获得了98K超导体。2月20日,中国也宣布发现100K以上超导体。3月3日,日本宣布发现123K超导体。3月12日中国北京大学成功地用液氮进行超导磁悬浮实验。3月27日美国华裔科学家又发现在氧化物超导材料中有转变温度为240K的超导迹象。很快日本鹿儿岛大学工学部发现由镧、锶、铜、氧组成的陶瓷材料在14℃温度下存在超导迹象。高温超导体的巨大突破,以液态氮代替液态氦作超导制冷剂获得超导体,使超导技术走向大规模开发应用。氮是空气的主要成分,液氮制冷机的效率比液氦至少高10倍,所以液氮的价格实际仅相当于液氦的1/100。液氮制冷设备简单,因此,现有的高温超导体虽然还必须用液氮冷却,但却被认为是20世纪科学上最伟大的发现之一。



科学家第一次在基于钚的材料中发现了超导电性。他们发现由钚、钴和镓组成的一种合金在绝对温标18.5K以下存在超导性。这个温度反常的高,意味着除了重费米子系统、高温氧化物和传统的超导材料之外,含钚化合物很可能也是一类新型的超导体(J. L. Sarrao et al., Nature 420, 297(2002) )。

这项工作是由美国洛斯阿拉莫斯(Los Alamos)国家实验室的John Sarrao和他的同事,以及在佛罗里达大学和德国的超铀元素研究所的合作者们共同完成的。他们发现,钚化合物的临界温度(Tc)比重费米子系统(基于铀和铈的化合物)要高一个量级。临界温度是超导材料的电阻变为零的温度。

这种材料同时还有很高的临界电流(超过此界限材料就失去超导特性的电流强度),这对其实际应用非常有利——当然钚危险的放射性会限制这一应用。这个很高的临界电流来源于材料中由于辐射导致的缺陷所产生的钉扎中心。

研究人员在测量样品的磁化率和比热的过程中发现这种材料的超导性。随后,他们测量了样品的磁化率和电阻对温度的依赖关系,发现其结果显示,该化合物 5f 轨道上的电子的局域化程度处在铈化合物与铀化合物之间的。

钚属于锕族元素,位于 5f 电子从局域化到退局域化的转变区,这使得它属于已知最复杂的的物质之一。研究人员们相信,钚的超导性直接来源于其奇异的电子性质。从临界温度的角度来看,它处在临界温度仅有1K左右的重费米子材料和临界温度高达100K的铜氧化合物之间。

该小组希望进一步的研究能够发现在其他危险性稍弱的超铀元素中也存在超导性。Sarrao说:“经验告诉我们,当一个超导体被找到的时候,它旁边的化合物很可能是也超导的,所以还有非常多的相关化合物需要研究。”


科学家们刚刚打破了高温超导体的记录吗?也许 吧。

科学家通过超导材料发射X射线来研究其结构。由Drozdov等人提供。 一种超导体能让电流完美地流过它,而不会失去任何一个。 现在,科学家们发现了一种超导材料,它的工作温度可能创下了纪录,朝着在室温下达到这种完美的目标又迈进了一步。 使物体足够冷,电子在金属中穿梭而不产生任何电阻、升温或减速。但这种被称为超导的现象,在历史上只在极冷的温度下工作,而这种温度只比绝对零度稍高一点。这使得它们在诸如极为高效的电线或超快的超级计算机等应用中毫无用处。在过去的几十年里,科学家们创造了新的超导材料,这些材料在更高的温度下工作,一组研究人员通过创造一种在零下9华氏度(零下23摄氏度)的高温下具有超导性的材料,进一步接近了他们的目标,这是迄今为止观测到的最高温度之一高温超导。为了制造这些材料,他们使用了一种叫做钻石砧的小装置,这种装置由两颗小钻石组成,将材料压缩到极高的压力。[七件日常事物的神秘物理学] 他们把一种叫做镧的柔软的白色金属的微小的几微米长的样品放在一个小孔里,这个小孔被冲入一个充满液态氢的薄金属箔中。安装程序连接到细电线上。根据声明,该装置将样品压缩到150到170千兆帕的压力,这是海平面压力的150多万倍。然后他们用X射线束检查了它的结构。 在这个高压下,镧和氢结合形成氢化镧。 研究人员发现,在零下9f(零下23c)时,氢化镧显示出三分之二的超导电性。当施加磁场时,这种材料没有表现出电阻,其温度下降。根据《自然》杂志同一期的一篇新闻和观点文章,他们没有观察到第三个标准,即在冷却过程中排出磁场的能力,因为样本太小了。从科学的角度来看, ,“这些结果表明,我们可能正在进入一个从根据经验规则、直觉或运气发现超导体到由具体理论预测指导的过渡期,”佛罗里达大学物理学副教授詹姆斯·哈姆林(James Hamlin)在评论中写道,“确实, ” ,一个小组在一月份的《物理评论快报》杂志上报道了类似的发现。这些研究人员发现,只要样品被带到更高的压力下(大约180到200吉帕),氢化镧在44华氏度(7摄氏度)的更高温度下就可能是超导的。 ,但是这个新的研究组发现了一些非常不同的东西:在这些高压下,材料显示超导电性的温度突然降低。 结果不一致的原因尚不清楚在这种情况下,需要更多的实验、数据和独立研究,”资深作者、德国马克斯普朗克化学研究所高压化学和物理研究员米哈伊尔·埃雷梅茨告诉《生活科学》现在我们只能讨论。 根据声明,研究小组现在正计划设法降低产生这些超导材料所需的压力和温度。此外,研究人员还在继续寻找可能在高温下超导的新化合物温度。 研究小组昨天(5月22日)在《自然》杂志上发表了他们的发现。 古怪的物理学:未来自然界中最酷的小粒子:运行21世纪的10种方法物理学中最大的未解之谜 最初发表在《生命科学》杂志上


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