『壹』 超導體是怎麼發現的
超導體,作為固體物理學的一個活躍分支,它的歷史只有短短的幾十年,而作為一門新技術應用於各個領域,那還是近三十年的事情。但是,不足百年的發展歷史,就使它發展成為一門完整的科學,並以極大的優越性應用於電機、輸電、磁流體發電、高能物理等方面,在電子技術、空間技術、受控熱核反應,甚至與人們生活密切相關的交通運輸和醫療等方面,都展示了樂觀的前景。
1987年2月25日,國內各大報刊紛紛以大字標題登出了頭條新聞:我國超導研究取得重大突破!新聞中講到,中國科學院物理研究所近日獲得起始轉變溫度在絕對100度以上的高臨界溫度超導體,「這項研究成果居於國際領先地位」。從此以後,報紙、電視、廣播中不斷傳來世界各國科學家和中國科學家在超導研究中取得重大進展的消息。一時間,像一陣旋風一樣,「超導熱」席捲了全世界。
當一位平素並不太為人們所了解的演員突然間走紅成為明星時,人們會以極大的興趣來關注這位明星。對於當前科學舞台上超導體這位「明星」來說,大多數人還不夠熟悉。那麼,到底什麼是超導體?超導體的研究有什麼用處?超導研究的歷史中有哪些重要的里程碑?科學家又為什麼會對超導的研究如此重視呢?
『貳』 最早發現超導現象的科學家是誰
抄最早發現超導現象的科學家是昂內斯
海克·卡末林·昂內斯1853~1926),荷蘭物理學家,雅號"絕對零度先生",1911年發現了物體的超導性,低溫物理學的奠基人。1913年獲得諾貝爾物理學獎, 以表彰他對低溫物質特性的研究,特別是這些研究導致液氦的生產。
『叄』 人類什麼時候發明出超導體
好像1940左右,
『肆』 幾幾年什麼國的物理學家在哪首先發現了超導體
1911年,荷蘭科學家卡末林—昂內斯((Heike Kamerlingh-Onnes)用液氦冷卻汞,當溫度下降到4.2K時,水銀的電阻完全消失,這種現象稱為超導電性,此溫度稱為臨界溫度。根據臨界溫度的不同,超導材料可以被分為:高溫超導材料和低溫超導材料[1]。但這里所說的「高溫」,其實仍然是遠低於冰點攝氏0攝氏度的,對一般人來說算是極低的溫度。1933年,邁斯納和奧克森菲爾德兩位科學家發現,如果把超導體放在磁場中冷卻,則在材料電阻消失的同時,磁感應線將從超導體中排出,不能通過超導體,這種現象稱為抗磁性。經過科學家們的努力,超導材料的磁電障礙已被跨越,下一個難關是突破溫度障礙,即尋求高溫超導材料。
1973年,發現超導合金――鈮鍺合金,其臨界超導溫度為23.2K,這一記錄保持了近13年。
1986年,設在瑞士蘇黎世的美國IBM公司的研究中心報道了一種氧化物(鑭鋇銅氧化物)具有35K的高溫超導性。此後,科學家們幾乎每隔幾天,就有新的研究成果出現。
1986年,美國貝爾實驗室研究的超導材料,其臨界超導溫度達到40K,液氫的「溫度壁壘」(40K)被跨越。
1987年,美國華裔科學家朱經武以及中國科學家趙忠賢相繼在釔-鋇-銅-氧系材料上把臨界超導溫度提高到90K以上,液氮的「溫度壁壘」(77K)也被突破了。1987年底,鉈-鋇-鈣-銅-氧系材料又把臨界超導溫度的記錄提高到125K。從1986-1987年的短短一年多的時間里,臨界超導溫度提高了近100K。
來自德國、法國和俄羅斯的科學家利用中子散射技術,在高溫超導體的一個成員單銅氧層Tl2Ba2CuO6+δ中觀察到了所謂的磁共振模式,進一步證實了這種模式在高溫超導體中存在的一般性。該發現有助於對銅氧化物超導體機制的研究。
高溫超導體具有更高的超導轉變溫度(通常高於氮氣液化的溫度),有利於超導現象在工業界的廣泛利用。高溫超導體的發現迄今已有16年,而對其不同於常規超導體的許多特點及其微觀機制的研究,卻仍處於相當「初級」的階段。這一點不僅反映在沒有一個單一的理論能夠完全描述和解釋高溫超導體的特性,更反映在缺乏統一的、在各個不同體繫上普遍存在的「本徵」實驗現象。本期Science所報道的結果意味著中子散射領域里一個長期存在的困惑很有可能得到解決。
早在1991年,法國物理學家利用中子散射技術在雙銅氧層YBa2Cu3O6+δ超導體單晶中發現了一個微弱的磁性信號。隨後的實驗證明,這種信號僅在超導體處於超導狀態時才顯著增強並被稱為磁共振模式。這個發現表明電子的自旋以某種合作的方式產生一種集體的有序運動,而這是常規超導體所不具有的。這種集體運動有可能參與了電子的配對,並對超導機制負責,其作用類似於常規超導體內引起電子配對的晶格振動。但是,在另一個超導體La2-xSrxCuO4+δ(單銅氧層)中,卻無法觀察到同樣的現象。這使物理學家懷疑這種磁共振模式並非銅氧化物超導體的普遍現象。1999年,在Bi2Sr2CaCu2O8+δ單晶上也觀察到了這種磁共振信號。但由於Bi2Sr2CaCu2O8+δ與YBa2Cu3O6+δ一樣,也具有雙銅氧層結構,關於磁共振模式是雙銅氧層的特殊表徵還是「普遍」現象的困惑並未得到徹底解決。
理想的候選者應該是典型的高溫超導晶體,結構盡可能簡單,只具有單銅氧層。困難在於,由於中子與物質的相互作用很弱,只有足夠大的晶體才可能進行中子散射實驗。隨著中子散射技術的成熟,對晶體尺寸的要求已降低到0.1厘米3的量級。晶體生長技術的進步,也使Tl2Ba2CuO6+δ單晶體的尺寸進入毫米量級,而它正是一個理想的候選者。科學家把300個毫米量級的Tl2Ba2CuO6+δ單晶以同一標准按晶體學取向排列在一起,構成一個「人造」單晶,「提前」達到了中子散射的要求。經過近兩個月散射譜的搜集與反復驗證,終於以確鑿的實驗數據顯示在這樣一個近乎理想的高溫超導單晶上也存在磁共振模式。這一結果說明磁共振模式是高溫超導的一個普遍現象。而La2-xSrxCuO4+δ體繫上磁共振模式的缺席只是「普遍」現象的例外,這可能與其結構的特殊性有關。
關於磁共振模式及其與電子間相互作用的理論和實驗研究一直是高溫超導領域的熱點之一,上述結果將引起許多物理學家的關注與興趣。
20世紀80年代是超導電性的探索與研究的黃金年代。1981年合成了有機超導體,1986年繆勒和柏諾茲發現了一種成分為鋇、鑭、銅、氧的陶瓷性金屬氧化物LaBaCuO4,其臨界溫度約為35K。由於陶瓷性金屬氧化物通常是絕緣物質,因此這個發現的意義非常重大,繆勒和柏諾茲因此而榮獲了1987年度諾貝爾物理學獎。
1987年在超導材料的探索中又有新的突破,美國休斯頓大學物理學家朱經武小組與中國科學院物理研究所趙忠賢等人先後研製成臨界溫度約為90K的超導材料YBCO(釔鉍銅氧)。
1988年初日本研製成臨界溫度達110K的Bi-Sr-Ca-Cu-O超導體。至此,人類終於實現了液氮溫區超導體的夢想,實現了科學史上的重大突破。這類超導體由於其臨界溫度在液氮溫度(77K)以上,因此被稱為高溫超導體。
自從高溫超導材料發現以後,一陣超導熱席捲了全球。科學家還發現鉈系化合物超導材料的臨界溫度可達125K,汞系化合物超導材料的臨界溫度則高達135K。如果將汞置於高壓條件下,其臨界溫度將能達到難以置信的164K。
1997年,研究人員發現,金銦合金在接近絕對零度時既是超導體同時也是磁體。1999年科學家發現釕銅化合物在45K時具有超導電性。由於該化合物獨特的晶體結構,它在計算機數據存儲中的應用潛力將是非常巨大的。
自2007年12月開始,中國科學院物理研究所的陳根富博士已投入到鑭氧鐵砷非摻雜單晶體的制備中。今年2月18日,日本東京工業大學的細野秀雄教授和他的合作者在《美國化學會志》上發表了一篇兩頁的文章,指出氟摻雜鑭氧鐵砷化合物在零下247.15攝氏度時即具有超導電性。在長期研究中保持著跨界關注習慣的陳根富和王楠林研究員立即捕捉到了這一消息的價值,王楠林小組迅速轉向製作摻雜樣品,他們在一周內實現了超導並測量了基本物理性質。
幾乎與此同時,物理所聞海虎研究組通過在鑭氧鐵砷材料中用二價金屬鍶替換三價的鑭,發現有臨界溫度為零下248.15攝氏度以上的超導電性。
3月25日和3月26日,中國科學技術大學陳仙輝組和物理所王楠林組分別獨立發現臨界溫度超過零下233.15攝氏度的超導體,突破麥克米蘭極限,證實為非傳統超導。
3月29日,中國科學院院士、物理所研究員趙忠賢領導的小組通過氟摻雜的鐠氧鐵砷化合物的超導臨界溫度可達零下221.15攝氏度,4月初該小組又發現無氟缺氧釤氧鐵砷化合物在壓力環境下合成超導臨界溫度可進一步提升至零下218.15攝氏度。
為了證實(超導體)電阻為零,科學家將一個鉛制的圓環,放入溫度低於Tc=7.2K的空間,利用電磁感應使環內激發起感應電流。結果發現,環內電流能持續下去,從1954年3月16日始,到1956年9月5日止,在兩年半的時間內的電流一直沒有衰減,這說明圓環內的電能沒有損失,當溫度升到高於Tc時,圓環由超導狀態變正常態,材料的電阻驟然增大,感應電流立刻消失,這就是著名的昂尼斯持久電流實驗。
[編輯本段]超導技術談
1911年,荷蘭萊頓大學的卡茂林-昂尼斯意外地發現,將汞冷卻到-268.98℃時,汞的電阻突然消失;後來他又發現許多金屬和合金都具有與上述汞相類似的低溫下失去電阻的特性,由於它的特殊導電性能,卡茂林-昂尼斯稱之為超導態。卡茂林由於他的這一發現獲得了1913年諾貝爾獎。
這一發現引起了世界范圍內的震動。在他之後,人們開始把處於超導狀態的導體稱之為「超導體」。超導體的直流電阻率在一定的低溫下突然消失,被稱作零電阻效應。導體沒有了電阻,電流流經超導體時就不發生熱損耗,電流可以毫無阻力地在導線中流大的電流,從而產生超強磁場。
1933年,荷蘭的邁斯納和奧森菲爾德共同發現了超導體的另一個極為重要的性質,當金屬處在超導狀態時,這一超導體內的磁感興強度為零,卻把原來存在於體內的磁場排擠出去。對單晶錫球進行實驗發現:錫球過渡到超導態時,錫球周圍的磁場突然發生變化,磁力線似乎一下子被排斥到超導體之外去了,人們將這種現象稱之為「邁斯納效應」。
後來人們還做過這樣一個實驗:在一個淺平的錫盤中,放入一個體積很小但磁性很強的永久磁體,然後把溫度降低,使錫盤出現超導性,這時可以看到,小磁鐵竟然離開錫盤表面,慢慢地飄起,懸空不動。
邁斯納效應有著重要的意義,它可以用來判別物質是否具有超性。
為了使超導材料有實用性,人們開始了探索高溫超導的歷程,從1911年至1986年,超導溫度由水銀的4.2K提高到23.22K(絕對零度代號為 K = -273℃)。86年1月發現鋇鑭銅氧化物超導溫度是30度,12月30日,又將這一紀錄刷新為40.2K,87年1月升至43K,不久又升至46K和53K,2月15日發現了98K超導體,很快又發現了14℃下存在超導跡象,高溫超導體取得了巨大突破,使超導技術走向大規模應用。
超導材料和超導技術有著廣闊的應用前景。超導現象中的邁斯納效應使人們可以到用此原理製造超導列車和超導船,由於這些交通工具將在無摩擦狀態下運行,這將大大提高它們的速度和安靜性能。超導列車已於70年代成功地進行了載人可行性試驗,1987年開始,日本國開始試運行,但經常出現失效現象,出現這種現象可能是由於高速行駛產生的顛簸造成的。超導船已於1992年1月27日下水試航,目前尚未進入實用化階段。利用超導材料製造交通工具在技術上還存在一定的障礙,但它勢必會引發交通工具革命的一次浪潮。
超導材料的零電阻特性可以用來輸電和製造大型磁體。超高壓輸電會有很大的損耗,而利用超導體則可最大限度地降低損耗,但由於臨界溫度較高的超導體還未進入實用階段,從而限制了超導輸電的採用。隨著技術的發展,新超導材料的不斷涌現,超導輸電的希望能在不久的將來得以實現。
現有的高溫超導體還處於必須用液態氮來冷卻的狀態,但它仍舊被認為是20世紀最偉大的發現之一。
『伍』 超導體是怎麼發現的呢
超導體的發現頗為不易。一個世紀以來,超導體的研究使4位科學家先後獲諾貝爾獎。在版19世紀,物理學家便已發權現純金屬導體的電阻率隨著溫度的降低而變小。1911年荷蘭萊頓大學實驗物理學教授卡麥林·昂尼斯發現汞的電阻在接近絕對零度(零下273攝氏度)的低溫時急劇下降以至完全消失,他在1913年發表的一篇論文中首次用到「超導電性」一詞。由於這一成就,昂內斯獲得1913年諾貝爾物理學獎。
1933年,德國物理學家邁斯納等人又發現,超導材料的溫度低於臨界溫度而進入超導態之後,其體內的磁感應強度總是零。這種現象因它的發現者而得名「邁斯納效應」。1962年英國劍橋大學研究生約瑟夫森提出,夾有薄絕緣層的兩塊超導體之間,即使不加電壓也可通過一定數值的直流隧道電流。這一現象稱為「約瑟夫森效應」。他因這一發現獲得1973年度諾貝爾物理獎。
1986年,德國物理學家柏諾茲和瑞士物理學家繆勒發現一種氧化物材料,其超導轉變溫度比以往的超導材料高出12攝氏度。這一發現是超導研究的重大突破,柏諾茲和繆勒也因此獲1987年諾貝爾物理獎。
『陸』 是誰發現超導體的兩個基本特性的
零電阻和完來全抗磁性是超導體具有的自兩個基本特性。1911年,荷蘭科學家昂內斯用液氦冷卻水銀,當溫度下降到4.2K(相當於-269%℃)時發現水銀的電阻完全消失了,出現了「零電阻」現象。由於沒有一絲一毫的電阻,因而電量能從其中毫無阻礙的穿過,這種現象被稱為超導電性。1933年,邁斯納和奧克森菲爾德兩位科學家發現,如果把物體放在低溫磁場中冷卻,在其電阻消失的同時,也開始排斥磁場,這種現象被稱為抗磁性。
『柒』 超導體是怎麼被發現的呢
超導體的發現頗為不易。一個世紀以來,超導體的研究使4位科學家先後獲諾內貝爾獎。在容19世紀,物理學家便已發現純金屬導體的電阻率隨著溫度的降低而變小。1911年荷蘭萊頓大學實驗物理學教授卡麥林•昂尼斯發現汞的電阻在接近絕對零度(零下273攝氏度)的低溫時急劇下降以至完全消失,他在1913年發表的一篇論文中首次用到「超導電性」一詞。由於這一成就,昂內斯獲得1913年諾貝爾物理學獎。
『捌』 幾幾年的哪個國家的物理學家誰首先發現了超導現象
1911年,荷蘭來萊頓大學的卡茂林·昂尼自斯意外地發現,將汞冷卻到-268.98°C時,汞的電阻突然消失;後來他又發現許多金屬和合金都具有與上述汞相類似的低溫下失去電阻的特性,由於它的特殊導電性能,卡茂林·昂尼斯稱之為超導態。卡茂林由於他的這一發現獲得了1913年諾貝爾獎。
參考資料:網路
『玖』 是誰發現的超導材料
超導材料是具有在一定的低溫條件下呈現出電阻等於零以及排斥磁力線的性質的材料。超導材料最早是由荷蘭物理學家開默林·昂內斯發現的。
1911年,開默林·昂內斯在實驗室研究水銀在低溫下電阻變化的情況時,他發現水銀的電阻隨著溫度下降而減小,當溫度降到-269℃時,水銀的電阻突然消失了。這一發現,在科學界引起了強烈的反響。自此以後,科學家們把這種現象稱為超導電現象,把能產生超導現象的材料稱為超導材料。從這以後,各國的科學家們對超導的本質和原理進行了深入的研究。
1986年,瑞士物理學家米勒和德圈物理學家貝德諾爾茨發現了氧化物陶瓷材料的超導電性,這一發現為超導材料的應用開辟了廣闊的前景,米勒和貝德諾爾茨也因此而獲得1987年諾貝爾物理學獎。
超導材料所具有的優異特性從它被發現之日起,就向人類展示了誘人的應用前景。目前,超導技術已廣泛應用於微電子、電子計算機、生物工程、探礦、醫學等領域,超導技術已經成為21世紀的戰略技術,它的研製和發展,被稱為現代技術的一場革命。
『拾』 超導現象是怎樣被發現的
最早發現超導現象的是荷蘭物理學家卡末林·昂內斯。1911年,超導現象的發現,導致了超導物理學的誕生。由於低溫物理學上的重大突破和成功地液化了氦氣,昂內斯獲得了1913年的諾貝爾物理學獎,昂內斯是第一個因為超導理論的研究而獲此殊榮的科學家。 超導革命已經進行了很長時間。超導性在托馬斯·愛迪生的時代已經為人所知,所以就其本身而言並不是什麼新發現。19世紀末,人們發現了一個奇怪的現象:當溫度下降到一定程度的時候,某種金屬、合金、化合物的電阻會突然消失,成了一點兒電阻也沒有的理想導體,這就是超導狀態。具有這種特性的物質,就稱為超導體。後來,科學家發現:只要外部的磁場不太強,在超導狀態下,磁力線根本不能穿過超導體,也就是說在超導狀態下,超導體中的磁力線等於零,科學家稱其為「完全抗磁性」。 最早通過降溫和加壓的方法對氣體實現液化的是法拉第,他從1823年開始進行氣體的液化實驗。從1823年到1845年,除了氫、氧、氦等少數幾種氣體外,物理學家們對大部分氣體實現了液化。1877年法國科學家液化了氧氣,1883年奧匈帝國的兩位科學家液化了氮氣,接著英國科學家液化了氫氣。1908年,昂內斯液化了氦氣。至此,所有的「永久氣體」都實現了液化。昂內斯在實現氦氣液化時發現了著名的超導現象。 昂內斯1853年出生在荷蘭格羅寧根,20歲獲得博士學位,從1882年起擔任荷蘭萊頓大學的物理學教授和實驗室主任。1908年,昂內斯和他的學生成功地液化了氦氣,並達到當時地球上所能達到的最低溫度-4.2K。1911年,昂內斯和他的學生們選擇了最容易提純的水銀作為實驗材料,進行了各種低溫實驗。當溫度降低到絕對溫標4.2K,也就是攝氏-269度的時候,電阻突然奇怪地消失了!經過反復實驗和檢驗,「超導電性」現象終於被發現了。為了進一步檢驗這個結果,昂內斯於1914年又設計了一個非常巧妙的實驗:用超導體作了一個閉合線圈,並利用磁場在這個線圈中激發出了一個感應電流,想看一看這個電流會不會衰減。實驗結果表明:這個超導線圈中的電流在兩年中沒有一點兒衰減的跡象。 在發現了超導現象、並驗證了超導狀態下的電阻確實接近零以後,昂內斯認識到:如果利用超導材料繞制一個線圈,因為沒有電阻,所以在電流通過時就不會產生任何熱量,於是就可以在不消耗能量的情況下獲得一個很強的磁場供人們使用。但是,昂內斯的設想並沒有很快實現。直到20世紀60年代,科學家們才發現在電流很大、磁場很強的狀態下還能保持超導特性的材料,超導的應用才成為可能。 超導物理作為一個有近百年歷史的學科,是隨著對超導電性的研究、認識不斷加深發展起來的,特別是20世紀50年代以來取得了一系列重大突破,引發了今天的高溫超導電性機理及超導材料研究的熱潮。超導研究成果已在科研、醫療、交通、通信、軍事、電力和能源等領域得到了應用。但這還只是序幕,超導研究與應用在21世紀將為人們展現更加絢麗輝煌的前景。 超導應用將對電力輸送產生巨大影響。保羅·格蘭特在英國《新科學家》周刊2001年10月13日一期發表文章介紹,超導電纜的輸電能力是同等尺寸的銅質電纜輸電能力的三倍。就在這一年的1月10日,日本青山學院教授秋光純宣布,他的研究小組發現,金屬間化合物二硼化鎂具有超導電性,超導轉變溫度高達39K。二硼化鎂很便宜,而且很容易被加工成導線,從而使超導電纜的價格大幅度降低。2001年5月,丹麥開始通過超導電纜向哥本哈根的15萬戶家庭輸送電力。日本東京也正在進行實驗。預計美國能源部很快將宣布三項新的超導電纜建設計劃以及一個全超導變電站的改造計劃。 正如《新科學家》雜志所指出的:超導革命已經啟動,而且勢不可擋