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浅谈超导,呵呵!

已有 6129 次阅读 2008-5-3 12:26 |个人分类:未分类

特别说明,由于本人水平有限,文章里面出现纰漏,乃是正常事情,希望大家谅解.

冒天下之大不韪写这篇文章,不要拍我啊.

 

凝聚态物理:

在这里不能不提一下,超导物理.超导物理牵涉是凝聚态物理里面最复杂的强关联物理问题
.

〈理〉接近室温的超导。一般超导合金在接近绝对零度时电阻为零,所以在其应用上会遇
到制冷等问题的障碍。高温超导研究为现代科学的热门课题。
       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。

问题
尽管高温超导研究已取得很大进展,但仍存在许多困难,对高温超导体在高温高场下钉扎
机制的认识还远远不够,钉扎中心与磁通线的相互作用有待于进一步阐明,对不可逆线的
性质,起源和理论解释还需要进一步研究。此外,对高Tc超导体的成相机理和磁通动力学
特性等还缺乏足够的理解,这些问题的解决将会对高Jc超导材料的发展提供重要的依据。


自从1999年左右,朱经武等人发现160K的超导后,就再也没有人打破这个记录了。而且随
着对高温超导体的性质研究的深入,了解越多就越失望,因为高温超导体的临界电流密度
很低,所以不能通大电流,就不能输大功率的电也不能产生太高的磁场,而高温超导体是
陶瓷材料,很脆且韧性不足,很难卷曲缠绕,做线材很困难,如此等等。一大堆的问题让
许多人渐渐失望,失望之后开始转向高温超导机理的研究。毕竟高温超导作为一种新的物
理现象,预示许多新的物理机制,是个重要的课题。然而,人们很快就发现,这是块硬骨
头。硬啃是啃不动的,甚至连找到下口的地方都很难。二十多年过去了,高温超导机理是
越研究越糊涂,实验上仅仅是实验样品和实验条件改变了,越来越多更为准确的数据产生
了,却,没有一组数据可以强有力地说明问题!理论上,自从初期研究由几个大牛提出的
几个理论模型外,再也没有人超越这几个理论,因为高温超导的相图太复杂了。比喻来说
,高温超导不是一条普通的鱼,它是一群大鱼,里面同时含有各种基态,要能一钩子把它
们都钩着,那就是天王老子也要掂量掂量。很快,势利的美国人甚至大幅度消减了高温超
导研究的经费,欧美的高温超导研究陷入低谷。而中国和日本因为还有部分人在幕后支持
超导研究,还在艰难地往前摸索。最近有个这么一个“高温超导研究态势评估研讨会”,大家需要静下心来好好想一想,问题出在哪里,还做不做这方向的研究等等。讨论气氛是凝重的,尽管有许多令人眼睛一亮的数据出现,不过许多论调实际上都在老生常谈,或者就是谁也说服不了谁。究竟高温超导是啥,Who knows! God knows? 绝望和悲观,在每一个人的心头挥之不去…… 

而且对非常规高温超导的研究,能够深入分析强关联电子体系里面的凝聚态问题,发展相应
的理论模型和模拟计算.在当前的第一性原理模拟高温超导问题很遇到很多问题.所以导致
基本没有什么太多的数值计算模拟类文章发表.

山重水复疑无路,柳暗花明又一村。上帝是公平的,他不会让人类走向灭亡的绝路,他总
是给你点希望,好让大家继续生存下去。这就是钓鱼的艺术,此处无鱼自有有鱼处!之后
,在新超导材料的探索中,发现了许多更有意思的超导体,尽管它们转变温度很低,可物
理性质却精彩纷呈。更有意思的是,2001年左右发现的MgB2超导体,转变温度达到了40K,
再次突破的BCS的预言。而且它是个二元的BCS超导体!不过奇妙的是,它具有多带超导电
性,就是说负责超导的Cooper对有两种不同的电子。这些东西的不断浮现,给人们闪现了
前方的可能曙光。于是,超导界总有那么一群人在孜孜不倦地寻找新超导材料。黄天不负
有心人,2008年或许是个幸运年,中国的奥运会或许是个福音的标志。终于,日本人发现
了那个Fe基的层状超导体,而且超导转变温度逼近30K.虽然不高,但诱惑人的是,这个材
料的结构和高温超导材料很类似,而且根据初步电输运的测量结果,它的性质也非常接近
高温超导体,甚至还具备更加丰富的特性。这意味着,这种超导体系可能形成更高转变温
度的超导态,也有可能类比高温超导从而彻底把这个世纪难题给解决掉。425,《科学》杂志在凝聚态物理专栏以“新超导将中国物理学家推到最前沿”为题,就中国物理学家在铁基新超导研究方面的重要贡献发表评述.物理所王楠林组和闻海虎组先后在一周内发布实验结果证实了这一事实;325日和326日,中国科学技术大学陈仙辉组和物理所王楠林组分别独立发现超过40K超导体,突破麦克米兰极限,证实为非传统超导;329日,物理所赵忠贤组发现52K超导;416日,赵忠贤组再次发布重要结果,用缺氧代替掺氟实现超导,并将超导临界温度提高到55K。物理所王楠林组与方忠组合作,最早提出母体中的条纹自旋密度波相,随后被美国两个小组的中子散射实验证实,是目前该系统中最好的物理结果。)

 

高温超导是凝聚
态物理学的Holly Greil,这点肯定是勿庸置疑的。若能解决高温超导,拿一个两个Nobel 
Prize恐怕不是问题。因此,这个新超导材料的发现,极有可能推动超导研究步入一个新的阶段。


从超导技术发展的历程来看,新的更高Tc材料的发现和制造工艺技术突破都有可能。目前
高温超导材料正从研究阶段向应用发展阶段转变,未来的十年可能会是市场发展和高Tc材
料产业化的十年。目前世界上已形成每年约20亿美元的超导产业市场,主要是低温超导材
料。据近几年国际超导工业高峰会议预测,到2000年及2010年世界超导工业市场将分别达
到76亿美元及370亿美元/年。从历史的眼光来看,十年在科技领域并不是一个很长的时期
,但在过去的十年中高温超导研究进展步伐是非常巨大的。在过去20年里美国、日本、欧
洲以及中国对超导研究与发展都投入了相当的人力和物力,美、日两国每年用于超导的研
究与开发经费都在2亿美元左右。人们有理由相信,再过15年,即超导体发现100年的时候
,将会在高温超导机制,更高Tc超导体探索以及高温超导应用等方面取得重大进展。

由于本人水平有限,欢迎提问题.
其中大部分也都是摘抄其他地方,希望谅解.

 



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