知識導航
超導現象雖然早在1911年已被荷蘭物理學家昂尼斯發現,但產生超導體的物理機製是什麼,如何解釋超導體的無電阻現象,仍是未解決的課題。為了攻克這一難關,先後有5名諾貝爾獎獲得者做過探索,但均未成功。1953年,巴丁與庫柏、施瑞弗默契配合,克服了許多難題,於1957年發表了超導微觀理論,解開了超導之謎,使整個超導研究進入了嶄新階段,因而巴丁與庫柏、施瑞弗分享了1972年諾貝爾物理學獎。
20世紀80年代,在超導研究方麵,趙忠賢領銜的中國科研團隊與美、日科學家的研究成果相比毫不遜色,但依舊沒有獲得諾貝爾獎。
超導是一個迷人的自然現象。1911年,荷蘭萊頓大學物理學家昂內斯發現,將汞冷卻到-268.98℃時,汞的電阻突然消失。後來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。他由於這一發現獲得了1913年諾貝爾獎。
人們把處於超導狀態的導體稱為“超導體”。超導體在低於臨界溫度時具有零電阻和完全抗磁性,簡單說就是導體在超導狀態下,電流暢通無阻,不會白白消耗掉。在超導發電、輸電和儲能、磁懸浮列車和熱核聚變反應堆等方麵具有廣泛的應用價值。
實現超導的溫度太低,要製造出這種低溫,消耗的電能遠遠超過超導節省的電能。20世紀80年代後期,科學家發現了一種陶瓷合金在-238℃時,出現了超導現象。
在中國,著名超導專家趙忠賢從1976年開始從事高溫超導體的研究工作,並取得重要成果。
1986年,趙忠賢得知瑞士物理學家柏諾滋和繆勒在La-Ba-Cu-O材料中發現了35K的超導電性的可能性,立即帶領他的研究小組開始了這方麵的進一步研究。
1987年,趙忠賢發現了液氮溫度超導體,並首先在國際上公布了它的化學成分——Ba-Y-Cu-O,這個研究成果推動了許多國家的超導研究。他們又獲得了起始轉變溫度在100K以上的超導體。1987年3月12日,中國北京大學成功地用液氮進行了超導磁懸浮實驗。1988年春,他們首先在Ti係氧化物超導體上,獲得轉變溫度在120K的超導體。
2001年4月,340米鉍係高溫超導線在清華大學應用超導研究中心研製成功,並於年末建成第一條鉍係高溫線材生產線。
2001年5月,北京有色金屬研究總院采用自行設計研製的設備,成功地製備出國內最大麵積的高質量雙麵釔鋇銅氧超導薄膜,達到國際同類材料的先進水平。
目前,我國超導臨界溫度已提高到-120℃即153K左右。
知識拓展
趙忠賢
1964年畢業於中國科學技術大學技術物理係,中國科學院物理研究所研究員、國家超導實驗室主任、中國科學院院士。1964年至今,在中國科學院物理研究所從事低溫與超導方麵的研究工作。
1986年,曾獲第三世界科學院物理獎、首屆陳嘉庚物質科學獎、中國科學院科技進步特別獎、國家自然科學一等獎、首屆王丹萍科學獎、何梁何利科技進步獎。
多年從事超導研究的趙忠賢,也在不懈的追求中逐漸體驗著人生的超導狀態。對於他來說,超導不僅僅是科學研究中的一個領域,也是人生旅程中的一種超然境界。
以趙忠賢為代表的中國科學家以其出色的工作躋身於世界超導研究的先進行列,先後獲得國內外多項殊榮。
而有機超導體是一類含有碳氫化合物的超導體,因複雜的分子和晶體結構以及豐富的物理特性,凝聚態物理領域關注的熱點,致力於在有機材料中發現高溫超導電性。科學家還在為此奮鬥,企圖尋找出一種“高溫”超導材料,甚至一種室溫超導材料。一旦找到這些材料,人們可以利用它製成超導開關器件和超導存貯器,再利用這些器件製成超導計算機。2011年10月,中國科學技術大學微尺度物質科學國家實驗室陳仙輝小組在有機超導體研究領域取得重大突破,發現超導電性。可以說,經過世界各國科學家們堅持不懈的努力,有關超導體的研究捷報頻傳,不斷取得具有重要科學意義和重大應用前景的研究成果。科學界都不懷疑,超導技術成為有相當規模的一類高技術產業已為時不遠了。
知識解碼
超導計算機
超導開關器件的開關速度,已達到幾微微秒(相當於0.000000000001秒)的高水平。這是當今所有電子、半導體、光電器件都無法比擬的,比集成電路要快幾百倍。
如果目前一台大中型計算機每小時耗電10千瓦,那麼超導計算機的運算速度比現在的電子計算機快100倍,而電能消耗僅是電子計算機的千分之一,隻需一節幹電池就可以工作了。