高温超导
责任编辑：chineselng 浏览：3116次 时间： 2008-04-06 13:45:47
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摘要:1986年前人们已经发现了几千种超导体，其中包括元素、合金和化合物。但在所有的这些超导体中，得到的最高超导转变温度只有二十几K。当时公认的微观超导理论-BCS理论也预言超导体的最高转变温度不会超过30K。1986年4月，IBM公司苏黎世实验室的科学家阿历克斯·缪乐（K..
关键词：高温超导
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1986年前人们已经发现了几千种超导体，其中包括元素、合金和化合物。但在所有的这些超导体中，得到的最高超导转变温度只有二十几K。当时公认的微观超导理论-BCS理论也预言超导体的最高转变温度不会超过30K。1986年4月，IBM公司苏黎世实验室的科学家阿历克斯·缪乐（K.Alex Mǖller）和乔革·贝德诺冶（J.Georg Bednorz）发现在镧-钡-铜-氧样品中出现了36K的超导转变。这个发现在世界科学界掀起了一股在铜基氧化物中寻找超导体的热潮。1987年初，超导转变温度为90K的钇-钡-铜-氧被发现，这使超导转变温度高于液氮的气化温度（77.3K）。在这以前实际应用的超导体大多是使用液氦作为冷却剂，液氦的价格很高，这就阻碍了超导技术的应用。 新发现的超导体的超导转变温度比液氮的温度还高，这就使资源丰富、价格低廉的液氮作为超导体工作的冷却剂成为可能。这是个划时代的发现。人们随后将这类铜基氧化物超导体叫做高温超导体。缪乐和贝德诺冶也因发现该类超导体而获得诺贝尔物理学奖。为了与这类新发现的高温超导体相区别，人们把在这以前发现的超导体称为低温超导体。要说明的是，即使是高温超导体，所需要的工作温度的也需要低于摄氏零下190°。在一般的人们看来，这还是一个非常低的温度。1988年又有超导转变温度分别为110K和125K的铋-锶-钙-铜-氧和铊-钡-钙-铜-氧超导体被发现。1993年，人们发现了超导临界转变温度为133K的汞-钡-钙-铜-氧。 目前已被发现的高温超导体-铜基氧化物超导体分为五大家族，简述如下： （1）稀土214家族。这个家族的化学通式一般写为（R,Ba）2CuO4-x,这里R表示某一种稀土元素。至少有十种稀土元素可以用来合成这个家族的超导态。这个化学分子式中含两个（R，Ba）类原子，一个Cu原子，4个氧原子，所以被称为214结构。在晶格中，R和Ba的位置是等价的，所以这里把它们看作一类原子。由于一般地讲，在晶格中存在着氧原子少缺，所以在分子式中写成O4-x。这个家族的超导转变温度约为36K。 （2）稀土123家族。这个家族的化学通式为RBa2Cu3O7-x,R同样表示某个稀土元素。至少有13种稀土元素可以用来合成这个家族的超导体。因为这个家族的分子式中金属元素的个数分别为1，2和3，所以人们把这三种家族称为123超导体家族。因为元素的增多，人们习惯上不再把氧原子写出来表示这个家族。由于这个家族被发现的第一个成员的稀土元素是钇（Y），所以人们也常把123家族称为钇家族。123家族的超导转变温度为90K左右。 （3）铋超导家族。铋超导家族的化学通式为Bi2Sr2Can-1CunO2n+4,n=2,3。也就是说这个家族有两个成员，即Bi2Sr2CaCuO8和Bi2Sr2Ca2Cu3O10。习惯上称为铋2212相和铋2223相。在铋2223相中，如果用Pb少量地取代Bi,材料的超导性能会得到改善。铋2212相的超导转变温度为85K，铋2223相的超导转变温度为110K。 （4）铊超导家族。铊超导家族是高温超导体中最大的家族。又可分为两个分族。第一个分族的分子通式为Tl2Ba2Can-1CunO2n+4,n=1,2,3…。这个家族有三个主要成员，即2201相，2212相和2223相。2201相（Tl2Ba2CuO6）的超导转变温度为90K，2212相（Tl2Ba2CaCu2O8）的超导转变温度为110K。2223相（Tl2Ba2Ca2Cu3O10）的超导转变温度为125K。因这一分族的每个成员的分子式里都含有两个Tl原子，在晶体结构上对应两个铊原子层，所以人们又把这个分族叫做铊双层分族。 铊家族的另一个分族的化学分子通式为Tl(Ba,Sr)2 Can-1CunO2n+3, n=1,2,3。这个通式中的(Ba,Sr)表示这个位置可以是Ba也可以是Sr。当这个位置的原子是Sr时，Ca可以被某一种稀土元素（R）部分取代。能参与取代的稀土元素达15种之多。这个家族的主要成员在晶体结构上有三个，即1201相，1212相和1223相。因为每个相的(Ba,Sr)的位置都可以是Ba或者是Sr，所以结构上的三个相在化学组成上就分成了TlBa2CuO5, TlSr2CuO5；TlBa2CaCu2O7，TlSr2CaCu2O7；TlBa2Ca2Cu3O9，TlSr2Ca2Cu3O9 6个成员。而每个含Sr的成员的Ca又可以被稀土元素取代。所以这个分族有成员几十个。因这个分族每一个分子中只含一个铊原子，即在晶格中只有一层铊原子，所以人们又常把这个分族称为铊单层分族。铊单层分族的1201相、1212相和1223相的超导转变温度分别为45K，95K和120K。 （5）汞超导家族。 汞超导家族的化学通式为HgBa2Can-1CunO2n+2+x, n=1,2,3…。因这个家族的晶格中一般地有多余的氧原子存在，所以在氧的下标上有"+x"。这个家族的主要成员有HgBa2CuO4，HgBa2CaCu2O6+x和HgBa2Ca2Cu3O8+x，即1201相、1212相和1223相，这三个相的转变温度分别为85K，120K和133K。其中1223相中的133K是迄今为止所发现的在常压下最高的超导临界转变温度。 高温超导体是金属氧化物，在本质上是陶瓷材料，所以有的人将其称为陶瓷超导材料。 |
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