Home Техника Високотемпературен свръхпроводник

Високотемпературен свръхпроводник



Въведение

Свръхпроводниците с висока температура обикновено се отнасят до материали, които са свръхпроводими над температурата на течния азот (77K). Когато свръхпроводниците бяха открити отново (1911), те бяха привлечени от техните особени свойства (а именно нулево съпротивление, диамагнетизъм и ефект на квантово тунелиране). Но през седемдесет и петте години оттогава всички свръхпроводници, които са били открити, показват свръхпроводимост само при много ниски температури (23K), така че приложенията им са били силно ограничени.

Discovery

In1986,BernozandMullerdiscoveredthe35Ksuperconductinglanthanumbariumcopperoxygensystem.Thisbreakthroughdiscoveryledtothediscoveryofaseriesofrareearthbariumcopperoxidesuperconductorsathighertemperatures.Throughelementreplacement,atthebeginningof1987,WuMaokun(ZhuJingwu)oftheUnitedStatesandZhaoZhongxianoftheChineseInstituteofPhysicsannouncedthediscoveryofa90Kyttrium-barium-copper-oxygensuperconductor,achievingthefirstbreakthroughinthetemperaturebarrierofliquidnitrogentemperature(77K).BernozandMulleralsowonthe1987NobelPrizeinPhysicsfortheirpioneeringwork.

Thistypeofsuperconductorisusuallycalledahigh-temperaturesuperconductorbecauseitscriticaltemperatureisabovethetemperatureofliquidnitrogen(77K).Thediscoveryofyttrium-barium-copper-oxygensuperconductorsabovethetemperatureofliquidnitrogenhasprovidedordinaryphysicslaboratorieswiththeconditionsforconductingsuperconductingexperiments.Therefore,therehasbeenanupsurgeinexploringnewhigh-temperaturesuperconductorsaroundtheworld.Attheendof1987,ChinesescholarShengZhengzhiandothersfirstdiscoveredthefirstrareearth-freethallium-barium-copper-oxygenhigh-temperaturesuperconductor.Inearly1988,Japandevelopedabismuth-strontium-calcium-copper-oxygensuperconductorwithacriticaltemperatureof110K.InFebruary1988,ShengZhengzhiandothersfurtherdiscoveredthe125Kthalliumbariumcalciumcopperoxygensuperconductor.Afewyearslater(1993)Frenchscientistsdiscovereda135Kmercury-barium-calcium-copper-oxygensuperconductor.

Classification

High-temperaturesuperconductorsincludefourcategories:90Krareearthseries,110Kbismuthseries,125Kthalliumseries,and135Kmercuryseries.Theyallcontaincopperandoxygen,sotheyarecollectivelyreferredtoascopper-basedsuperconductors.Theyhaveasimilarlayeredcrystallinestructure,andthecopperoxidelayerisasuperconductinglayer.High-temperaturesuperconductorshavealreadyachievedpracticalapplicationsandhavebeguntobenefitmankind.Forexample,yttrium-barium-copper-oxygensuperconductorsandbismuthsuperconductorshavebeenmadeintohigh-qualitysuperconductingcables.Thedevicemadeofthallium,barium,calcium,copperandoxygensuperconductingfilmwasinstalledinthetransmissiontowerofmobilephonesasearlyastheendofthelastcenturytoincreasecapacityandreducedisconnectionandinterference.

Примери

Свръхпроводници от високотемпературни свръхпроводими медни оксиди включват a1.85Ba0.15CuO4 и YBCO (итрий-барий-мед-кислородно съединение), и двете са известни материали за пробив през течния азот „Температурна бариера“ (77K).

Температура

(Келвин)

Материал

Тип

203

H2S (150 GPa високо налягане)

Свръхпроводник на основата на водород

195

Точката на сублимация на сухия лед

138

Hg12Tl3Ba30Ca30Cu45O127

Свръхпроводник от меден оксид

110

Bi2Sr2Ca2Cu3O10(BSCCO)

92

YBa2Cu3O7(YBCO)

77

Точка на кипене на течния азот

43

SmFeAs(O,F)

Свръхпроводник на основата на желязо

41

CeFeAs(O,F)

26

LaFeAs(O,F)

20

Точка на кипене на течния водород

18

Nb3Sn

Метален нискотемпературен свръхпроводник

10

NbTi

4.2

Hg (живак)

Прогноза

Изследването на нови и високотемпературни свръхпроводници е интензивно. Тъй като теорията за високотемпературната свръхпроводимост не е добре установена, напредъкът на изследователската работа е бавен. Въпреки че има доклади за нови свръхпроводници и високотемпературна свръхпроводимост edот временавреме, истински нов пробив не е направен.

Whydomanysuperconductingmaterialsneedtobesuperconductingataverylowtemperature?Itisbecauseatroomtemperature,therearegapsbetweenconductoratoms.Whenelectronsmovebetweenatoms,theymustpassthroughthesegapsandcollidewiththeatoms,causingtheatomstovibrateandheattoformresistance.Atextremelylowtemperatures,therearealmostnogapsbetweenconductoratoms,andelectronscanpassfreelywithoutcollidingwithatoms.Inthefuture,theresearchofroomtemperaturesuperconductingmaterialsshouldselectappropriatemixturesofdifferentelements,sothatatomsofdifferentsizesandshapesarecombinedtogether,sothattherearenogapsbetweenatoms,sothatelectronscanpassthroughfreelyanddonotcollidewithatoms.Thedifficultyinthedevelopmentofroomtemperaturesuperconductingmaterialsisthattheatomsofmanymaterialswillvibrateatroomtemperature,andthegapsbetweentheatomsarerelativelylarge.Aslongasthemixingelementsareproperlyselected,superconductingmaterialsatroomtemperaturecansoonbemass-produced.

WebelievethatthedescendantsofYanhuang,whohavemadeoutstandingachievementsinthefieldofcopper-basedhigh-temperaturesuperconductors,willcertainlymakemorebrilliantcontributionstothejourneyofrealizingthedreamofhumanroomtemperaturesuperconductors.

Някои свръхпроводници и тяхната критична температура на преход

критична температура на преходTc( Келвин, К)

Точка на кипене на материал/вещество

Тип

138K

Hg12Tl3Ba30Ca30Cu45O127

Меден оксид, свръхпроводник

110K

Bi2Sr2Ca2Cu3O10(BSCCO)

92K

YBa2Cu3O7(YBCO)

77K

N2

——

43K

SmFeAs(O,F)

Свръхпроводник на основата на желязо

41K

CeFeAs(O,F)

26K

LaFeAs(O,F)

20K

H2точка на кипене

——

18K

Nb3Sn

Метален нискотемпературен свръхпроводник

10K

NbTi

4,25K

Той е точка на кипене

——

4,2K

Hg (живак)

Метален нискотемпературен свръхпроводник

This article is from the network, does not represent the position of this station. Please indicate the origin of reprint
TOP