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).
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.
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 |