• 高溫超導

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    高溫超導

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    高溫超導體(縮寫為high-Tc或HTS)被定義為在溫度液氮的沸點)超過77K(-196.2℃;-321.1℉)時表現為超導體材料。高溫這個形容詞只是針對以前已知的超導體,它們在接近xxx零度的更低溫度下發揮作用。從xxx值來看,這些高溫仍然遠遠低于環境溫度,因此需要冷卻。xxx個高溫超導體是由IBM研究人員貝德諾爾茨和穆勒于1986年發現的,他們因發現陶瓷材料中的超導性這一重要突破而于1987年獲得諾貝爾物理學獎。大多數高Tc材料是II型超導體。

    高Tc超導體的主要優點是它們可以通過使用液氮來冷卻,而以前已知的超導體需要昂貴且難以處理的冷卻劑,主要是液氦。高Tc材料的第二個優點是它們在比以前的材料更高的磁場中保持其超導性。這對于建造超導磁體很重要,而超導磁體是高Tc材料的主要應用。

    大多數高溫超導體是陶瓷材料,而不是以前已知的金屬材料。陶瓷超導體適用于一些實際用途,但它們仍然有許多制造問題。例如,大多數陶瓷是脆性的,這使得用它們制造導體非常麻煩。然而,克服這些缺點是大量研究的主題,并且正在取得進展。

    主要的一類高溫超導體是與其他金屬結合的銅氧化物,特別是稀土鋇銅氧化物(REBCOs),如釔鋇銅氧化物(YBCO)。實際分類中的第二類高溫超導體是鐵基化合物二硼化鎂有時被列入高溫超導體。它的制造相對簡單,但它只在43°K以下超導,這使得它不適合用于液氮冷卻(比氮氣三點溫度低約30°K)。一些壓力極高的超氫化合物通常被歸類為高溫超導體。事實上,許多關于高溫超導體的文章都可以找到這種不適合實際應用的高壓氣體的研究。目前Tc的記錄保持者是碳質,比之前由十氫氧化鑭保持的記錄高出近30°K。然而,這些化合物的超導性最近受到了質疑。

    歷史

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    超導性是由Kamerlingh Onnes于1911年在一種金屬固體中發現的。從那時起,研究人員就試圖在越來越高的溫度下觀察超導性,目的是尋找室溫超導體。到20世紀70年代末,在一些金屬化合物(特別是Nb基化合物,如NbTi、Nb3Sn和Nb3Ge)中觀察到了遠高于元素金屬溫度的超導性,甚至可以超過20K(-253.2℃)。1986年,在瑞士蘇黎世附近的IBM研究實驗室,Bednorz和Mü ller正在尋找一類新的超導陶瓷:銅氧化物或杯狀物。貝德諾茲發現了一種特殊的氧化銅,其電阻在-238℃(35.1K)左右的溫度下降至零。他們的結果很快被許多小組證實,特別是休斯頓大學的保羅-朱和東京大學的田中正治。

    高溫超導

    1987年,安德森基于共振價鍵理論對這些材料進行了首次理論描述,但對這些材料的全面理解今天仍在發展之中。1987年,Bickers、Scalapino和Scalettar首次提出d波對參與了高溫杯狀超導,隨后Inui、Doniach、Hirschfeld和Ruckenstein在1988年利用自旋波動理論提出了三個后續理論。Gros、Poilblanc、Rice和Zhang以及Kotliar和Liu確定了d波對是RVB理論的一個自然結果。杯狀超導體的d波性質已被各種實驗所證實,包括通過角度分辨光發射光譜直接觀察激發光譜中的d波節點,隧道實驗中的半整數通量,以及從穿透深度、比熱和熱導率的溫度依賴性間接觀察。

    截至2021年,在環境壓力下具有最高轉變溫度的超導體是汞、鋇和的杯狀物,溫度約為133K。

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