1987年底,鉈-鋇-鈣-銅-氧係材料又把臨界超導溫度的記錄提高到125K。從1986年到1987年的短短一年多的時間裏,臨界超導溫度提高了近100K。
然而直至今日,對於銅基超導材料的高溫超導機製,物理學界仍未形成一致看法,這也使得高溫超導成為當今凝聚態物理學中最大的謎團之一,因此,很多科學家都希望在銅基超導材料以外再找到新的高溫超導材料,從而使高溫超導機製更加明朗。
2008年,高溫超導體研究終於有了突破性的進展--一種新型的鐵基超導材料橫空出世,打破了以往傳統意義上銅氧化物材料稱霸於世的神話。而且,這次的發現者不是以前一直唱主角的西方國家,而是我們中國的科學家。
2008年2月23日,日本東京工業大學細野秀雄教授和他的合作者在一篇發表在JACS雜誌上的論文中指出,氟摻雜鑭氧鐵砷在26K時即具有超導電性。
這篇論文引起了我國一個叫陳根富的專家注意。去年10月,他剛剛加入了在北京的中國科學院物理研究所王楠林研究員所領導的科研小組。他們把精力也集中到鑭氧鐵砷上,並迅速轉向製作摻雜樣品,不到一個星期,他們就複製出了細野秀雄教授的成果。不到一個月,他們就用鈰代替了鑭,使超導溫度上升到41K。
幾乎是與此同時,中科院物理所聞海虎研究員領導的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25K以上的超導電性。
中國科學技術大學的陳仙輝網上讀了細野秀雄教授的文章後,也開始製備鑭氧鐵砷。3月25日,他采用釤代替鑭的化合物使超導溫度上升到43K,而就在第二天,中科院物理所王楠林組也獨立發現了超過40K超導體。
3月29日,最高溫度已經達到了52K,這一成果來自鑭氧鐵砷族的釹和鐠的化合物,由中科院物理所的另外一個小組--趙忠賢院士領導的小組獲得。
到4月初,這個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55K,這是目前世界上鐵基超導材料的最高溫度。
在尋求更高的超導溫度的同時,中科院物理所的研究人員也在探索鑭氧鐵砷的超導機理。
中科院物理所的方忠、王楠林及其合作者預測到一種自旋密度波的存在,他們用它來解釋未摻雜鑭氧鐵砷電阻曲線在145K處的一個反常,摻雜使異常消失,而在低溫下超導產生的漲落抑止了自旋密度波的形成。
美國田納西州立大學的戴鵬程小組和橡樹嶺國家實驗室的一個小組,各自獨立地利用中子散射確定了自旋密度波的存在,並證實了物理所專家們的預言。
這些成績的取得是我國科學家們長期積累的結果。在短短一個月的時間內,中科院物理所在提高超導溫度上作出了快速的反應和提升,靠的並不是運氣。如果沒有科研人員長期、艱苦的實驗積累,不可能使他們如此敏銳。
高溫超導材料的用途非常廣闊,大致可分為三類:大電流應用(強電應用)、電子學應用(弱電應用)和抗磁性應用。大電流應用即前述的超導發電、輸電和儲能;電子學應用包括超導計算機、超導天線、超導微波器件等;抗磁性主要應用於磁懸浮列車和熱核聚變反應堆等。
高速超導磁懸浮列車的原理就是利用超導材料的抗磁性,將超導材料放在一塊永久磁體的上方,由於磁體的磁力線不能穿過超導體,磁體和超導體之間會產生排斥力,使超導體懸浮在磁體上方。
高溫超導磁浮車兼有常導磁浮車和低溫超導磁浮車的優點,而沒有它們的缺點。它的懸浮高度高達50毫米,對路基和軌道平順度的要求比常導磁浮車低得多;它可以靜止懸浮;懸浮和導向不需要主動控製,車體較常導磁浮車輕得多,耗能極低;與低溫超導磁浮車相比,製冷係統的重量和成本低得多。
2000年12月,西南交通大學的王家素等科研人員完成了世界上第一輛高溫超導磁懸浮實驗車係統,該課題已於2001年2月11日通過了國家“863”計劃專家主持的驗收。專家們一致認為:“載人高溫超導磁懸浮實驗車項目的成功,表明我國已經在高溫超導磁懸浮應用和相關技術上取得重大突破,達到世界上同類研究的先進水平。”
科海拾貝
高速計算機要求集成電路芯片上的元件和連接線密集排列,但密集排列的電路在工作時會產生大量的熱,而散熱是超大規模集成電路麵臨的難題。超導計算機中的超大規模集成電路,其元件間的互連線用接近零電阻和超微發熱的超導器件來製作,不存在散熱問題,同時計算機的運算速度也會大大提高。