свръхпроводник

История

Откриването на свръхпроводници е неделимо от изследванията при ниски температури. През 18-ти век, поради ограниченията на криогенната технология, хората са смятали, че има „постоянни газове“, които не могат да бъдат втечнени, като водород, хелий и др. През 1898 г. британският физик icist Dewarma направи течен водород. През 1908 г. професор Камерлин Хонес от Лайденската криогенна лаборатория на Лайденския университет в Холандия успешно втечни последния "постоянен газ" - хелий, и получи 1.15 -4.25чрез намаляваненалягането на парите на течен хелий.Ниска температура на K. Пробивът в изследванията при ниски температури постави основата за откриването на свръхпроводници.

Attheendofthe19thcenturyandthebeginningofthe20thcentury,thereweredifferentopinionsaboutthechangeofmetalresistancenearabsolutezero.Oneviewisthattheresistanceofpuremetalsshoulddecreasewithdecreasingtemperatureanddisappearatabsolutezero.Anotherview,representedbyWilliamThomson(BaronKelvin),believesthatasthetemperaturedecreases,theresistanceofametalreachesaminimumvalueandbecomesinfiniteduetoelectronscondensingonthemetalatom.

InFebruary1911,KamerlinOnnis,whomasteredliquidheliumandcryogenictechnology,discoveredthatbelow4.3K,theresistanceofplatinumremainsaconstant,insteadofpassingaminimumvalue.Increase.Therefore,KamerlinOnnisbelievesthattheresistanceofpureplatinumshoulddisappearatthetemperatureofliquidhelium.Inordertoverifythisconjecture,KamerlinOnnischosemercury,whichiseasiertopurify,astheexperimentalobject.First,KamerlinOnniscoolsthemercurytominus40°Ctosolidifythemercuryintoalinearshape;thenusesliquidheliumtoreducethetemperaturetoaround4.2K,andappliesavoltageacrossthemercurywire;whenthetemperatureisslightlylowerthan4.2AtK,theresistanceofmercurysuddenlydisappears,showingasuperconductingstate.

Основни характеристики

Свръхпроводниците имат три основни характеристики: пълна проводимост, пълен диамагнетизъм и квантуване на потока.

Completeconductivity

Completeconductivityisalsocalledzeroresistanceeffect,whichreferstothephenomenonthattheresistancesuddenlydisappearswhenthetemperaturedropsbelowacertaintemperature.

Completeconductivityissuitablefordirectcurrent.Whenthesuperconductorisinanalternatingcurrentoralternatingmagneticfield,therewillbeACloss,andthehigherthefrequency,thegreatertheloss.AClossisanimportantproblemthatneedstobesolvedinthepracticalapplicationofsuperconductors.Atthemacrolevel,theAClossiscausedbythedifferencebetweentheinducedelectricfieldandtheinducedcurrentdensitygeneratedinsidethesuperconductingmaterial;atthemicrolevel,theAClossiscausedbythequantizedmagneticfluxlines.Causedbystagnation.AClossisanimportantparametertocharacterizetheperformanceofsuperconductingmaterials.IftheAClosscanbereduced,thecoolingcostofthesuperconductingdevicecanbereducedandthestabilityoftheoperationcanbeimproved.

Напълно диамагнитен

Meisnereffect (2 снимки)

Completelydiamagnetic,alsoknownasMeissnereffect,"diamagnetic"Referstothephenomenonthatthemagneticfieldlinescannotpassthroughthesuperconductorwhenthemagneticfieldstrengthislowerthanthecriticalvalue,andtheinternalmagneticfieldofthesuperconductoriszero."Complete"meansthattheorderofthetwooperationsofreducingthetemperaturetothesuperconductingstateandapplyingthemagneticfieldcanbereversed.Thereasonforthecompletediamagnetismisthatthesurfaceofthesuperconductorcanproducealosslessdiamagneticsuperconductingcurrent.Themagneticfieldgeneratedbythiscurrentcancelsthemagneticfieldinsidethesuperconductor.

Thezeroresistanceofsuperconductorsiswellknown,butsuperconductorsarenotequivalenttoidealconductors.Startingfromtheelectromagnetictheory,thefollowingconclusionscanbederived:iftheidealconductorisfirstcooledtoalowtemperatureandthenplacedinamagneticfield,theinternalmagneticfieldoftheidealconductoriszero;butiftheidealconductorisplacedinthemagneticfieldfirst,andthencooledtoalowtemperature,theidealThemagneticfieldinsidetheconductorisnotzero.Forsuperconductors,thetwooperationsofloweringthetemperaturetothesuperconductingstateandapplyingthemagneticfield,regardlessoftheirorder,theinternalmagneticfieldofthesuperconductorisalwayszero.Thisisthecoreofcompletediamagnetismandthekeytothedifferencebetweensuperconductorsandidealconductors.

Fluxquantization

FluxquantizationisalsoknownastheJosephsoneffect,whichmeansthatwhentheinsulatinglayerbetweentwosuperconductorsisthintothesizeofanatom,electronpairscanpassthroughtheinsulationThephenomenonthatthelayergeneratestunnelcurrent,thatis,superconductorcurrentcanbegeneratedinthesuperconductor-insulator-superconductorstructure.

TheJosephsoneffectisdividedintotheDCJosephsoneffectandtheACJosephsoneffect.ThedirectcurrentJosephsoneffectmeansthatelectronpairscanformasuperconductingcurrentthroughtheinsulatinglayer.TheACJosephsoneffectmeansthatwhentheappliedDCvoltagereachesacertainlevel,inadditiontotheDCsuperconductingcurrent,thereisalsoACcurrent.Thesuperconductorisplacedinamagneticfieldandthemagneticfieldpenetratestheinsulatinglayer.Themaximumsuperconductingcurrentofthesuperconductingjunctionfollowstheoutside.Thesizeofthemagneticfieldchangesregularly.

Критични параметри

Свръхпроводниците имат три критични параметъра: критична температура на преход T_c, критична сила на магнитното поле H_c, критична плътност на тока J_c. Когато свръхпроводникът е в три критични условия едновременно, той показва свръхпроводимост.

(1) Критична температура на преход T_c: Когато температурата е по-ниска от критичната температура на преход T_c, материалът е в свръхпроводящо състояние; надвишавайки критичната температура на преход T_c, свръхпроводникът се връща от свръхпроводящо състояние в нормално състояние.

(2) Напрегнатост на критичното магнитно поле H_c: Когато напрегнатостта на външното магнитно поле превиши напрегнатостта на критичното магнитно поле H_c, свръхпроводникът се възстановява до нормалното състояние от свръхпроводника. Напрегнатостта на критичното магнитно поле H_cе свързана с температурата и връзката е следната :

(3) Плътност на критичния ток J_c: Когато плътността на тока през свръхпроводника надвиши плътността на критичния ток J_c, свръхпроводникът се възстановява до нормалното състояние от свръхпроводника. Плътността на критичния ток J_cе свързана с температурата и силата на магнитното поле.

Theoreticalexplanation

Inordertoclarifythemechanismofsuperconductors,scientistshaveproposedavarietyoftheories,including:theLondonequationthatwasproposedin1935todescribetherelationshipbetweensuperconductingcurrentandweakmagneticfield;Pippardtheoryproposedin1950~1953toperfecttheLondonequation;GL(Ginzburg-Landau)theoryproposedin1950todescribetherelationshipbetweensuperconductingcurrentandstrongmagneticfield(closetothecriticalmagneticfieldstrength);proposedin1957,ExplaintheBCS(Bardeen-Cooper-Schrieffer)theoryofthefirsttypeofsuperconductorfromthemicroscopicmechanism.AmongthemoreimportanttheoriesareBCStheoryandGLtheory.

Теория BCS

Теорията BCS се основава на модела на почти свободен електрон и на слабото взаимодействие електрон-фонон. Привържениците на теорията са J.Bardeen, Cooper и J.R.Schrieffer.

TheBCStheorybelievesthatelectronswithoppositespinandmomentuminametalcanpairtoformaCooperpair,andtheCooperpaircanmovewithoutlossinthecrystallatticetoformasuperconductingcurrent.ForthereasonfortheCooperpair,theBCStheoryhasmadethefollowingexplanation:whenelectronsmoveinthelattice,theywillattractthepositivechargesontheneighboringlatticepoints,causinglocaldistortionofthelatticepoints,formingalocalhighpositivechargearea.Thislocalizedhighpositivechargeregionwillattractelectronswithoppositespins,andpairwiththeoriginalelectronswithacertainbindingenergy.Atverylowtemperatures,thisbindingenergymaybehigherthantheenergyofthelatticeatomicvibration,sothattheelectronpairwillnotexchangeenergywiththelattice,andthereisnoresistance,formingasuperconductingcurrent.

TheBCStheoryprovidesagoodmicroscopicexplanationofthereasonsfortheexistenceofthefirsttypeofsuperconductors,andtheproponentsofthetheoryBarding,Cooper,andSchrieverwontheNobelPrizeinPhysicsin1972.However,theBCStheorycannotexplaintheexistenceofthesecondtypeofsuperconductor,especiallytheMcMillanlimittemperature(thecriticaltransitiontemperatureofasuperconductorcannotbehigherthan40K)basedontheBCStheory,whichhaslongbeenbrokenbythesecondtypeofsuperconductor.

Теория на GL

Теорията на GL е феноменологична теория, предложена на базата на теорията на Ландау за фазовия преход от втори ред. Привържениците на теорията са Гинзбург и Ландау.

TheGLtheoryisbasedonthefollowingconsiderations:whentheexternalmagneticfieldstrengthisclosetothesuperconductor'snearbymagneticfieldstrength,thesuperconductor'scurrentdoesnotobeythelinearlaw,andthezero-pointvibrationenergyofthesuperconductorcannotbeignored.

ThegreatestcontributionofGLtheoryistoforeseetheexistenceofthesecondtypeofsuperconductor.StartingfromtheGLtheory,theconceptofsurfaceenergyκcanbederived.Whenthesurfaceenergyofthesuperconductorisκ,itisthefirsttypeofsuperconductor;whenthesurfaceenergyofthesuperconductorisκ,itisthesecondtypeofsuperconductor.

Класификация

Методите за класификация на свръхпроводниците са както следва:

(1)Accordingtotheresponseofthematerialtothemagneticfield:thefirsttypeofsuperconductorandthesecondtypeofsuperconductor.Fromtheperspectiveofmacro-physicalproperties,thefirsttypeofsuperconductorhasonlyasinglecriticalmagneticfieldstrength;thesecondtypeofsuperconductorhastwocriticalmagneticfieldstrengthvalues.Betweenthetwocriticalvalues,thematerialallowspartofthemagneticfieldtopenetratethematerial.Fromatheoreticalpointofview,asstatedintheGLtheoryinthe"TheoreticalExplanation"above,theparameterκisthecriterionfordividingtwotypesofsuperconductors.

Amongtheelementalsuperconductorsthathavebeendiscovered,thefirsttypeofsuperconductoraccountsforthemajority,andonlyvanadium,niobium,andtechnetiumbelongtothesecondtypeofsuperconductor;however,manyalloysuperconductorsandcompoundsuperconductorsbelongtothesecondtypeofsuperconductor.

(2)Съгласно теорията за тълкуване: традиционни свръхпроводници (могат да бъдат обяснени от теорията на BCS или нейните изводи) и нетрадиционни свръхпроводници (не могат да бъдат обяснени от теорията на BCS).

(3)Accordingtothecriticaltemperature:hightemperaturesuperconductorandlowtemperaturesuperconductor.High-temperaturesuperconductorsusuallyrefertosuperconductorswhosecriticaltemperatureishigherthanthetemperatureofliquidnitrogen(greaterthan77K),andlow-temperaturesuperconductorsusuallyrefertosuperconductorswhosecriticaltemperatureislowerthanthetemperatureofliquidnitrogen(lessthan77K).

(4)Според вида на материала: елементни свръхпроводници (като олово и живак), свръхпроводници от сплави (като сплав от сниобий и титан), оксиди, свръхпроводници (като триумбариев меден оксид), органични свръхпроводници (като въглероднанотръба).

История на развитието

Средата на началото на 20-ти век

През 1911 г. холандският учен Камелин-Онес използва течен хелий за охлаждане на живак. Когато температурата падне до 4,2AtK (-268,95°C), съпротивлението на живака изчезва напълно и Камер нарича това явление менонсвръхпроводимост. Камерлин спечели Нобеловата награда през 1913 г. за това.

In1933,MeissnerandOxenfeldscientistsdiscoveredthecompletediamagnetismofsuperconductors,whichlatercametocallthe"Meisnereffect."

FromMarch16,1954toSeptember5,1956,inordertoverifythattheresistanceofthesuperconductorwaszero,scientistsputaleadringwithatemperaturelowerthanT_c=7.2Kspace,usingelectromagneticinductiontoexciteaninducedcurrentinthering.Thecurrenthasnotdecayedfortwoandahalfyears,whichshowsthatthereisnolossofelectricenergyinthering.WhenthetemperaturerisesaboveT_c,theringchangesfromasuperconductingstatetoanormalstate.Theresistanceofthematerialincreasessuddenly,andtheinducedcurrentdisappearsimmediately.ThisisthefamousOnnissPersistentCurrentExperiment.

In1962,Josephson,agraduatestudentattheUniversityofCambridge,theoreticallypredictedthatelectronscouldpassthroughthethininsulatinglayerbetweentwosuperconductors.Inlessthanayear,AndersonandRowelletal.TheaboveconfirmedJosephson’sprophecy.Thisimportantdiscoveryprovidesevidenceforthemovementofelectronpairsinsuperconductors,anddeepenstheunderstandingofthenatureofsuperconductivity.TheJosephsoneffectbecamethebasisforthedetectionofweakelectromagneticsignalsandotherelectronicapplications.

През 70-те години на миналия век

През 1973 г. като свръхпроводима сплав е открита ниобий-германиева сплав. Нейната критична свръхпроводяща температура е 23,2 K (﹣249,95 ℃). Този рекорд се поддържа. Близо 13 години.

In1979,thesuperconductingtrainsuccessfullycarriedoutamannedfeasibilitytestontheMiyazakiLine,Japan’stestrailway,withaspeedof517kilometersperhour.

1980-те

През 1980 г. Bechgaard и други в Дания синтезират първия органичен свръхпроводник (TMTSF)₂PF₆.

През 1986 г. Мюлер и Беноз откриха, че керамичният металоксид, съставен от барий, лантан, мед и кислород, LaBaCuO₄, има свръхпроводимост при високи температури и критична температура може да достигне 35 K (﹣240,15 ℃). Тъй като керамичните металоксиди обикновено са изолационни материали , това откритие е от голямо значение и Мюлер и Беноз печелят Нобеловата награда за физика през 1987 г. Оттогава изследванията на високотемпературната свръхпроводимост се развиват бързо.

През 1986 г. Bell Laboratories от Съединените щати разработиха свръхпроводящ материал с критична свръхпроводяща температура от 40K (-235,15 ℃), нарушавайки "температурната бариера" (40K) на течния водород.

През 1987 г. китайски американски учен, професор Джу Джингу от университета в Хюстън и китайският учен Джао Жонгсян разработиха последователно материали от трий-барий-мед-кислород. ературна бариера"от течен азот (77K).

В края на 1987 г. беше открито, че критичната температура на системата талий-барий-калций-мед-кислород достига 125K (-150,15°C). Само за една година от 1986 до 1987 г. критичната свръхпроводима температура се е повишила с почти 100K.

In1988,Hitachi,Ltd.ofJapandiscoveredthatthecriticaltemperatureofmercury-basedsuperconductingmaterialsreached135K.Underhighpressureconditions,thecriticaltemperaturecouldreach164K.

90-те години на 20-ти век

През март 1991 г. Sumitomo Electric Industries of Japan демонстрира първия в света свръхпроводящ магнит.

InOctober1991,JapanAtomicEnergyResearchInstituteandToshibaCorporationjointlydevelopedasuperconductingcoilfornuclearfusionreactorsmadeofniobiumandtincompounds.Thecurrentdensityofthecoilreaches40amperespersquaremillimeter,whichismorethanthreetimesthatofthepast.

През 1992 г. като свръхпроводящ суперколлайдер, базиран на гигантски свръхпроводящи магнити, беше построен и пуснат в употреба в Тексас, САЩ, на цена от повече от 8,2 милиарда щатски долара.

На 27 януари 1992 г., построен от Японската корабна и океанска фондация, първият кораб със свръхпроводяща магнитна флуидна задвижваща система, „Ямато“ № 1, беше пуснат на вода в Кобе, Япония за морски изпитания.

In1996,EuropeancablegiantPirelliCableCompany,AmericanSuperconductorCompanyandSanFranciscoElectricPowerResearchInstitutejointlyproducedthefirstundergroundhigh-temperaturesuperconductingpowertransmissioncable.Thecableis6000meterslongandiswoundwithbismuth-Strontium-calcium-copper-oxygensuperconductingmaterialmadeofliquidnitrogenemptytube.

През 1999 г. Бернхард и друг от Германския институт Планк откриха, че съединението рутений-мед RuSr₂GdCu₂O_8-δИма едновременно свръхпроводимост и феромагнитен ред. Неговата свръхпроводима критична температура е 15-40K и феромагнитен транс температурата е 133-136K. Тъй като съединението има както свръхпроводимост, така и феромагнитен ред, то има голям потенциал за приложение при съхранение на компютърни данни.

Thebeginningofthe21stcentury

OnJanuary29,2004,ajointresearchteamcomposedofscientistsfromtheAmericanInstituteofStandardsandTechnologyandtheUniversityofColoradoproposedanewformofmatter-feeYonagocondensate(fermioniccondensate),andpredictsthatitwillhelphumansmakethenextgenerationofsuperconductors.

In2006,ProfessorHideoHosonoofTokyoInstituteofTechnology,Japan,synthesizedLaFeOP,acompoundwithironasthemainbodyofsuperconducting,andpioneeredthestudyofiron-basedsuperconductors.

InSeptember2012,theUniversityofLeipziginGermanydiscoveredthatgraphiteparticlescanexhibitsuperconductivityatroomtemperature.

Тенденции в изследванията

Свръхпроводници мед-кислород

Свръхпроводниците мед-кислород са първите открити високотемпературни свръхпроводници. - медно-кислородни високотемпературни свръхпроводници, синтезирани от ZhuJingwu и ZhaoZhongxiana, всички принадлежат към тази категория.

Copper-oxygensuperconductorsinclude90Krareearthseries,110Kbismuthseries,125Kthalliumseries,and135Kmercuryseriessuperconductors.Theyallcontaincopperandoxygen,sotheyarecalledcopper-oxygensuperconductors.Thecopper-oxygensuperconductorhasasimilarlayeredcrystallinestructure,inwhichthecopper-oxygenlayerisasuperconductinglayer.

Изследванията на медно-кислородните свръхпроводници представят следните тенденции: Първо, медно-кислородните свръхпроводници са сравнително зрели. Например в мобилните телефони се използват устройства, изработени от талиево-бариево-калциево-медно-кислородни свръхпроводящи филми. второ, основното изследване на медно-кислородните свръхпроводници е в етап на пречка и температурата на прехода не е успяла да надхвърли 164 K. Трето, има напредък в изследванията на механизма на медно-кислородните свръхпроводници. Например през 2002 г. учени в Германия, Франция и Русия използваха технология за разсейване на неутрони ologytocreateasingleccopper -кислороден слой Tl₂Ba₂CuO_6+δнаблюдава магнитен резонанс, който е полезен за изследването на механизма на свръхпроводниците от медни оксиди.

Свръхпроводници на основата на желязо

След откриването на свръхпроводници на основата на желязо през 2006 г. се наблюдава дълбоко задълбочаване на свръхпроводниците на основата на желязо. По-известните резултати са: През 2008 г. японският учен Хидео Хононо откри, че допинговият LaFeOP свръхпроводник има критична температура от 26K; през 2008 г. китайските учени ZhaoZhongxian, ChenXianhui, WangNanlin, WenHaihu и FangZhong откриха SmFeAs_1-x F_{x с критична температура от 43K.}Свръхпроводници и ReFeAs_1-xF_xсвръхпроводници с критична температура от 55K пробиха граничната температура на McMillan от 40K за първи път в областта на свръхпроводниците на базата на желязо.

Iron-basedsuperconductorshaveattractedattentionfortworeasons:First,Feionsaremagneticions,whichbreakstheviewthatmagneticionsarenotconducivetosuperconductivity,andprovidesawaytoexplorenewsuperconductors.;Second,similartocopper-oxygensuperconductors,iron-basedsuperconductorsalsohavestrongelectron-spininteractions,whichareofreferencevalueforprobingthemechanismofhigh-temperaturesuperconductivity.

Магнезиев бориден свръхпроводник

През януари 2001 г. професор Дж.Акимицу от университета Аояма Гаку в Япония и други откриха за първи път, че MgB₂има свръхпроводимост. Критичната температура е около 39K.

Въпреки че MgB₂има по-ниска критична температура, той все още има много предимства в сравнение с медно-кислородни свръхпроводници и свръхпроводници на базата на желязо, включително: проста структура и лесно приготвяне; източник на суровини Широка гама, ниска цена; лесна за обработка. По-специално, лекотата на обработка стана важно предимство на MgB₂. Тъй като медно-кислородният свръхпроводник с висока критична температура е по същество керамичен материал, твърдостта на керамичните материали е голяма и обработката е трудна, което се е превърнало във фактор, ограничаващ развитието на медните кислороден свръхпроводник. MgB₂свръхпроводниците могат да компенсират този дефицит.

Applications

Theapplicationsofsuperconductorscanbedividedintothreecategories:strongcurrentapplications,weakcurrentapplicationsanddiamagneticapplications.Strongcurrentapplicationsarehighcurrentapplications,includingsuperconductingpowergeneration,powertransmissionandenergystorage;weakcurrentapplicationsareelectronicsapplications,includingsuperconductingcomputers,superconductingantennas,superconductingmicrowavedevices,etc.;diamagneticapplicationsmainlyincludemaglevtrainsandthermonucleiFusionreactor,etc.

Strongcurrentapplication

Superconductinggenerator:Superconductinggeneratorhastwomeanings.Onemeaningistoreplacethecopperwindingsofordinarygeneratorswithsuperconductorwindingstoimprovecurrentdensityandmagneticfieldstrength.Ithastheadvantagesoflargegeneratingcapacity,smallsize,lightweight,smallreactanceandhighefficiency.Anothermeaningreferstothesuperconductingmagneticfluidgenerator.Themagneticfluidgeneratorhastheadvantagesofhighefficiencyandlargepowergenerationcapacity.However,thetraditionalmagnetwillproducealotoflossduringthepowergenerationprocess,whilethesuperconductingmagnetitselfhaslowlossandcanbeMakeupforthisshortcoming.

Superconductingpowertransmission:Superconductingwiresandsuperconductingtransformersmadeofsuperconductingmaterialscantransmitelectricitytousersalmostwithoutloss.Accordingtostatistics,about15%oftheelectricityislostonthetransmissionlinewithcopperoraluminumwires.InChinaalone,theannualelectricitylossismorethan100billionkWh.Ifitischangedtosuperconductingpowertransmission,theenergysavedisequivalenttotheconstructionofdozensoflarge-scalepowerplants.

Lightcurrentapplications

Superconductingcomputers:High-speedcomputersrequiredenselyarrangedcomponentsandconnectinglinesonintegratedcircuitchips,butdenselyarrangedcircuitswillgeneratealotofheatduringoperation,andHeatdissipationisaproblemfacedbyVLSI.Theverylargescaleintegratedcircuitinthesuperconductingcomputer,theinterconnectionlinebetweenitscomponentsismadeofsuperconductingdeviceswithclosetozeroresistanceandultra-microheating,thereisnoheatdissipationproblem,andthecomputingspeedofthecomputerisgreatlyimproved.Inaddition,scientistsarestudyingtheuseofsemiconductorsandsuperconductorstomaketransistors,andevencompletelyusesuperconductorstomaketransistors.

Diamagneticapplications

Superconductingmagneticlevitationtrain:Usingthediamagnetismofsuperconductingmaterials,placethesuperconductingmaterialontopofapermanentmagnet,becausethemagneticfieldlinesofthemagnetcannotpassthroughthesuperconductor,Therewillbearepulsiveforcebetweenthemagnetandthesuperconductor,causingthesuperconductortofloatabovethemagnet.Thiskindofmagneticlevitationeffectcanbeusedtomakehigh-speedsuperconductingmagneticlevitationtrains.

Nuclearfusionreactor"magneticenclosure":Duringthenuclearfusionreaction,theinternaltemperatureisashighas100to200milliondegreesCelsius,andthereisnoconventionalmaterialthatcancontainthesesubstances.Thestrongmagneticfieldgeneratedbythesuperconductorcanbeusedasa"magneticenclosure"toencloseandconfinetheultra-hightemperatureplasmainthethermonuclearreactor,andthenslowlyreleaseit,therebymakingcontrollednuclearfusionenergyapromisingnewenergysourceinthe21stcentury.

Критична температура

Критична температура на свръхпроводящи материали

Обобщена таблица за критичните температури Tco на свръхпроводящи материали
Материали	Символи	T_c(K)	Брой Cu-плоскости в елементарната клетка	Структура
YBa₂Cu₃O₇	123	92	2	ортогонална система
Bi₂Sr₂CuO₆	Би-2201	20	1	Тетрагонална кристална система
Bi₂Sr₂CaCu₂O_{8< /под>}	Би-2212	85	2	Тетрагонална кристална система
Bi₂Sr₂Ca₂Cu_{3< /sub>O₆}	Би-2223	110	3	Тетрагонална кристална система
Tl₂Ba₂CuO₆	Tl-2201	80	1	Тетрагонална кристална система
Tl₂Ba₂CaCu₂O_{8< /под>}	Tl-2212	108	2	тетрагонална кристална система
Tl₂Ba₂Ca₂Cu_{3< /sub>O₁₀}	Tl-2223	125	3	Тетрагонална кристална система
TlBa₂Ca₃Cu₄O_{11< /под>}	Tl-1234	122	4	тетрагонална кристална система
HgBa₂CuO₄	Hg-1201	94	1	тетрагонална кристална система
HgBa₂CaCu₂O₆	Hg-1212	128	2	Тетрагонална кристална система
HgBa₂Ca₂Cu₃O_{8< /под>}	Hg-1223	134	3	Тетрагонална кристална система

Теоретичен напредък

Американските физици Джон Бардинг, Леон Купър и Джон Шрайвър изложиха теорията на BCS и посочиха ключовата роля на електроакустичната връзка, която обяснява по-задоволително свръхпроводимостта при ниски температури. производителността все още напредва.

InSeptember2012,researchersattheUniversityofLeipziginGermanyannouncedaprogress:graphiteparticlescanexhibitsuperconductivityatroomtemperature.Theresearchersimmersedthegraphitepowderinwater,filtereditout,andplaceditinamagneticfield.Asaresult,asmallportion(approximately0.01%)ofthesamplesshoweddiamagnetism,anddiamagnetismisoneofthehallmarkcharacteristicsofsuperconductingmaterials.Althoughtherearefewgraphiteparticlesexhibitingsuperconductivity,thisdiscoveryisstillofgreatsignificance.Sofar,superconductorscanonlyfunctionattemperaturesbelow-70°C.Ifacheapandeasilyavailablemateriallikegraphitepowdercanreallyachievesuperconductivityatroomtemperature,itwilltriggeranewmodernindustrialrevolution.

Purpose

SuperconductingmagnetscanbeusedtomakeACsuperconductinggenerators,magneticfluidgeneratorsandsuperconductingtransmissionlines.Thesuperconductingquantuminterferometer(SQUID)hasbeenindustrialized.Inaddition,NbTialloyandNb₃Sn,whicharethemainrepresentativesoflow-temperaturesuperconductingmaterials,aremainlyusedinMRI(magneticresonanceimaging)inthemedicalfieldinthecommercialfield.Asascientificresearchfield,ithasbeenappliedtothelarge-scaleEuropeanprojectLHCprojecttohelphumansseekscientificissuessuchastheoriginoftheuniverse.

Генериране на магнитно поле

Whenaconventionalconductorisusedasamagnet,itneedstogenerateasteady-statestrongmagneticfieldofmorethan100,000Gauss,whichrequires3.5megawattsofelectricpowerandalargeamountofTheinvestmentincoolingwaterishuge;andthesuperconductingmaterialhaszeroresistanceanddiamagnetisminthesuperconductingstate,soitonlyneedstoconsumeverylittleelectricenergytoobtainsuchalargesteady-statestrongmagneticfield.