大家都知道，冬天手冷的時候，把兩只手放在一起搓一搓就暖和了，這是摩擦生熱的道理。我們在使用電器的時候，電器、電線也會發(fā)熱，這是因為電流和電器、電線也發(fā)生了“摩擦”，這種“摩擦”就是電阻的來源。電阻產(chǎn)生的熱量極大地浪費了電能。

　　事實上，電在從發(fā)電廠趕往工廠、住宅、學校的路上，就已經(jīng)被輸電線的電阻消耗了不少，進而導(dǎo)致我國損失很多的電能，直到超導(dǎo)材料的出現(xiàn)，讓人們看到了“零電阻”的發(fā)展。

　　想要了解超導(dǎo)材料，我們還要從英國化學家拉瓦錫的預(yù)言說起。1784年，拉瓦錫做了這樣一個預(yù)測，他表示如果地球突然進到寒冷的地區(qū)，那么地球上的空氣就不再會以看不見的流體形式存在，而是回到液體狀態(tài)。

　　正是從那時候起，拉瓦錫的預(yù)言就一直激勵著人們?nèi)崿F(xiàn)氣體的液化，并由此得到極低的溫度。使氣體變成液體，這聽起來如同神話一般，但是科學家不僅相信了這個神話，而且使它成為了現(xiàn)實。

　　在拉瓦錫做出預(yù)言的18世紀末，科學研究的水平還非常低，我們今天根本無法想象當時科學家液化氣體時遇到的困難有多大。許多人為此嘔心瀝血，貢獻了畢生精力，終于他們的努力有了回報。

　　1908年，荷蘭萊頓實驗室的昂內(nèi)斯等人成功液化了最難液化的氣體——氦氣，得到的液氦沸點為零下196攝氏度。隨后在1911年4月8號，昂內(nèi)斯等人測量金屬汞在低溫下的電阻時，意外地發(fā)現(xiàn)當溫度降低到液氦沸點的時候，汞的電阻突然下降到儀器測量不到的最小值，基本上可以認為是零電阻態(tài)。于是，他們便把當時讓金屬汞電阻為零時的溫度稱為超導(dǎo)臨界溫度，把“超導(dǎo)”這個詞語定義為，當某些材料的溫度降低到超導(dǎo)臨界溫度以下時，電阻就會消失為零，這樣的材料就是“超導(dǎo)體”了。

　　作為第一個超導(dǎo)體，金屬汞被科學家順利發(fā)現(xiàn)了，也就是從這一天起，超導(dǎo)現(xiàn)象開始被科學家所知道。其實，在形成神奇的零電阻態(tài)同時，超導(dǎo)體還擁有另一種神奇的“金鐘罩鐵布衫的功夫”，那就是可以把體內(nèi)的所有磁力線排到外面，讓體內(nèi)的磁感應(yīng)強度也為零，科學家們稱這種現(xiàn)象為超導(dǎo)體的“完全抗磁性”效應(yīng)，由于它是被德國科學家沃爾特·邁斯納在1933年發(fā)現(xiàn)的，因此又被稱為“邁斯納效應(yīng)”。

　　后來，人們還做過這樣一個關(guān)于“邁斯納效應(yīng)”的實驗：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，然后把溫度降低，使錫盤出現(xiàn)超導(dǎo)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(yīng)具有著重要的意義，它可以用來判別物質(zhì)是否具有超導(dǎo)特性。因為從科學意義上來說，只有同時具有“零電阻效應(yīng)”和“完全抗磁性”這兩大神奇效應(yīng)的材料，才能被稱之為超導(dǎo)材料。

　　從剛剛金屬汞超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)實驗中，我們知道低溫環(huán)境是超導(dǎo)體發(fā)揮“特效”的關(guān)鍵因素，但低溫往往需要依賴昂貴的液氦來維持，無形中極大地增加了超導(dǎo)體的應(yīng)用成本，如果想要在這樣的溫度環(huán)境中推廣應(yīng)用幾乎是不可能的。所以從超導(dǎo)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)的第一天起，科學家們就一直在朝著室溫超導(dǎo)的方向而奮斗。

　　但是，自1911年4月8號，第一個超導(dǎo)體金屬汞被發(fā)現(xiàn)以來，物理學家發(fā)現(xiàn)了大量單質(zhì)和合金超導(dǎo)體，但是它們的超導(dǎo)臨界溫度都很低，此后的70多年間探索到的最高臨界超導(dǎo)溫度為零下249.8攝氏度。

　　直到1986年初，這一溫度記錄才被刷新。這一年，歐洲科學家貝德諾茲和繆勒發(fā)現(xiàn)以銅為關(guān)鍵超導(dǎo)元素的銅氧化物超導(dǎo)體，轉(zhuǎn)變溫度高于零下233攝氏度，因而被稱為高溫超導(dǎo)體。這里所說的“高溫”，和我們通常認知的上百上千攝氏度的高溫并不一樣，它是相對原來超導(dǎo)材料所需要的超低溫高許多的溫度，不過也有零下200攝氏度左右。所以，在人類所研究的超導(dǎo)材料中，如果溫度相比較來說，提高了很多，那就可以稱這個材料是高溫超導(dǎo)體。

　　也正是在1986年9月份，科學家發(fā)現(xiàn)銅氧化物超導(dǎo)體之后沒多久，我國物理學家趙忠賢坐在物理所圖書館中翻看了當時最新一期的《物理學雜志》。當讀到了這兩位歐洲科學家發(fā)表的文章時，他陷入了長時間的思考，他認為銅氧化物超導(dǎo)體的想法是有道理的，就是要充分利用材料結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性來實現(xiàn)高溫超導(dǎo)。

　　這個想法產(chǎn)生后，趙忠賢便立刻與物理所其他科研人員合作，開始了銅氧化物的超導(dǎo)體研究工作。僅僅只用了兩個月的時間，趙忠賢的研究組就在鍶鑭銅氧中實現(xiàn)了起始溫度為零下244.4攝氏度的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度。

　　在那段激情燃燒的歲月里，趙忠賢帶領(lǐng)團隊爭分奪秒，夜以繼日地在實驗室工作，困了就以實驗桌為床，或坐在椅子上打個盹兒，醒了繼續(xù)做實驗。在最緊張的時刻，趙忠賢曾連續(xù)48個小時沒有合眼。正是以這種忘我的獻身與拼搏精神，他帶領(lǐng)團隊利用自己制造的爐子和測量設(shè)備，在簡陋落后的條件下，取得了舉世矚目的成就。

　　隨后，趙忠賢團隊并沒有停歇，而是投入到新的研究中去，他們通過在實驗中發(fā)現(xiàn)的超導(dǎo)臨界溫度會受到原料純度和雜質(zhì)的影響，對超導(dǎo)材料進行改進研究，最終在1987年的2月19號，趙忠賢等人在釔鋇銅氧中發(fā)現(xiàn)了起始溫度高于零下173攝氏度的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度，在國際上掀起了高溫超導(dǎo)研究的熱潮。

　　值得一提的是，在此之前，世界上一切超導(dǎo)研究都必須采用昂貴并難以使用的液氦進行實驗，才能讓超導(dǎo)體達到轉(zhuǎn)變溫度，這些因素對超導(dǎo)研究形成了巨大的障礙。然而，趙忠賢團隊則另辟蹊徑，使用便宜、好用的液氮來達到超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度的目的，這一方法為超導(dǎo)研究開辟了一片嶄新的天地。趙忠賢因此在1987年獲得第三世界科學院物理獎，成為了首次獲得這個獎項的中國科學家，他所帶領(lǐng)的團隊也榮獲了1989年國家自然科學一等獎。

　　事實上，除了傳統(tǒng)的金屬、合金超導(dǎo)體和銅氧化物超導(dǎo)體外，人們還在其他許多材料中發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)電性，例如超晶格超導(dǎo)體、有機超導(dǎo)體、磁性超導(dǎo)體、多帶超導(dǎo)體等；在其他金屬氧化物如鈦氧化物、鈮氧化物、釕氧化物、鈷氧化物等材料中同樣發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)電性，只是這些超導(dǎo)體的臨界溫度不如銅氧化物高，但是在這些超導(dǎo)體中發(fā)現(xiàn)豐富而奇異的物理性質(zhì)同樣引起許多科學家的興趣。

　　經(jīng)過數(shù)十年的努力，銅氧化物高溫超導(dǎo)材料的質(zhì)量和性能在不斷地提高，與此同時，為了研究它的物理性質(zhì)，許多實驗手段本身也取得了顯著進步，并觀察到了許多新奇的物理現(xiàn)象。

　　但令人頗感失望的是，人們發(fā)現(xiàn)銅氧化物高溫超導(dǎo)體很難得以大規(guī)模應(yīng)用。因為這類材料本身屬于陶瓷材料，在柔韌性和延展性上都遠遠不如金屬材料，在材料機械加工等許多方面存在著嚴重的困難；更重要的是，銅氧化物高溫超導(dǎo)體可以負載的最大電流相對較低，這也就導(dǎo)致它暫時還沒有辦法在一些需要高電流、強磁場的領(lǐng)域應(yīng)用。

　　另外，盡管應(yīng)用銅氧化物高溫超導(dǎo)體在高敏感磁信號探測和微波通訊等方面已經(jīng)取得了不小的進步，但作為超導(dǎo)最直接的應(yīng)用——超導(dǎo)輸電線、超導(dǎo)強磁體和超導(dǎo)磁懸浮等方面，銅氧化物材料仍然不是首選。為了驗證對銅氧化物超導(dǎo)問題的理解和認識，并進一步推動高溫超導(dǎo)應(yīng)用的前進，人們希望找到其他可以和銅氧化物的臨界溫度相媲美，甚至更高的超導(dǎo)材料，使超導(dǎo)技術(shù)走向大規(guī)模應(yīng)用。



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