suprajohteen - adomain

Tausta

Suprajohteiden löytö on erotettava matalan lämpötilan tutkimuksesta.1700-luvulla kryogeenisen teknologian rajoitukset olivat kaksijakoisia, ihmiset luulivat, että siellä oli "pysyviä,"pysyviä,kaasuja",joita Bhydrogenoitu,8 ei voinut uskoa8. fyysikko Dewarmadelinestevety.Vuonna 1908 Professori Kamerlin Honne Leidenin yliopiston Leidenin kryogeenisessä laboratoriossa Alankomaissa nesteytti onnistuneesti viimeisen "pysyvän kaasun"-heliumin, ja kerätty1.15 -4.25alentamallanesteheliumin höyrynpainetta.K:n hidas lämpötila.Matalan lämpötilan tutkimus on luonut perustan suprajohtimien löytämiselle.

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.

Perusominaisuudet

Suprajohtimilla on kolme perusominaisuutta: täydellinen johtavuus, täydellinen diamagnetismi ja vuokvantisointi.

Completeconductivity

Completeconductivityisalsocalledzeroresistanceeffect,whichreferstothephenomenonthattheresistancesuddenlydisappearswhenthetemperaturedropsbelowacertaintemperature.

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

Täysin diamagneettinen

Meisnerefekti (2 kuvaa)

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.

Kriittiset parametrit

Suprajohteilla on kolme kriittistä parametria:kriittinen siirtymälämpötilaT_c, kriittinen magneettikentän voimakkuusH_c, kriittinen virrantiheysJ_c. johtavuus.

(1) kriittinen transitionTemperaturet _{c : whentheetemperatureislowerthanthecriticalTransitionTemperaturet _c, tematerialisinasuperconductingState; ylitysmuotoinen transterationtemperaturet _c thesuperconductoretTemperaturet Ormalstate.}

(2)Kriittisen magneettikentän voimakkuusH_c:Kun ulkoisen magneettikentän voimakkuus ylittää kriittisen magneettikentän voimakkuudenH_c, suprajohde palautuu normaalitilaansuprajohteen. seuraavasti:

(3)Kriittinen virrantiheysJ_c:Kun suprajohteen läpi kulkeva virrantiheys ylittää kriittisen virrantiheydenJ_c,suprajohde palautuu normaalitilaansuprajohteen magneettikentästä vahvuus.

Theoreticalexplanation

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

BCS-teoria

BCS-teoria perustuu lähes vapaaseen elektronimuotoon ja heikon elektronin ja fononin vuorovaikutukseen. Teorian kannattajat ovat J. Bardeen, Cooper ja 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.

GL-teoria

GL-teoria on fenomenologinen teoria, jota ehdotetaanLandaun toisen kertaluvun vaihesiirtymisteorian perusteella. Teorian kannattajat ovat Ginzburg ja Landau.

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

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

Luokittelu

Suprajohteiden luokitusmenetelmät ovat seuraavat:

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

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

(2)Tulkintateorian mukaan: perinteiset suprajohteet (voidaan selittää BCS-teorialla tai johtopäätöksillä) ja ei-perinteiset suprajohteet (ei voida selittää BCS-teorialla).

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

(4)Materiaalityypin mukaan: alkuainesuprajohteet (kuten lyijy ja elohopea), lejeeringit suprajohteet (kuten niobium-titaaniseos), oksidisuprajohteet (kuten triumbariumkuparoksidi), orgaaniset suprajohteet (kuten karbonaaniini).

Kehityshistoria

1900-luvun puoliväli

Vuonna 1911 hollantilainen tiedemies Kamelin-Onnes käytti nestemäistä heliumia viileään elohopeaan. Kun lämpötila putosi 4,2 K:een (-268,95 °C),kaikkien rannikkokuumeenpitävyys. Kamerlin voitti Nobelin palkinnon vuonna 1913 tästä.

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.

1970-luvulla

Vuonna 1973 löydettiin suprajohtava metalliseos, niobium-germaniumaos. Sen kriittinen suprajohtava lämpötila oli 23,2 K (﹣ 249,95 ℃).

In1979,thesuperconductingtrainsuccessfullycarriedoutamannedfeasibilitytestontheMiyazakiLine,Japan’stestrailway,withaspeedof517kilometersperhour.

1980-luku

Vuonna 1980 Bechgaard ja muut tanskalaiset syntetisoivat ensimmäisen orgaanisen suprajohteen (TMTSF)₂PF₆.

Vuonna 1986 Muller ja Benoz havaitsivat, että keraaminen metallioksidi, joka koostuu bariumista, lantaanista, kuparista ja happesta, LaBaCuO₄,suprajohtavuudesta ja kriittisestäSulissalämpötila voi saavuttaa 35 ℃. Tämä löytö on erittäin tärkeä, ja MuellerandBenoz voitti Nobelin fysiikanpalkinnon vuonna 1987. Siitä lähtien korkean lämpötilan suprajohtavuuden tutkimus on kehittynyt nopeasti.

Yhdysvaltojen Bell Laboratorie kehitti vuonna 1986suprajohtavaa materiaalia, jonka lämpötila on kriittinen ylijohtava 40 K (-235,15 ℃), rikkoen nestemäisen vedyn "lämpötilaesteen" (40 K).

Vuonna 1987 kiinalainen amerikkalainen tiedemies, Houstonin yliopiston professori ZhuJingwu ja kiinalainen tiedemies ZhaoZhongx kehittivät menestyksekkäästi ttrium-barium-kupari-happimateriaaleja.Kriittinensuprajohtava lämpötila nousi 5 bariin,18K. rier"nestemäistä typpeä (77K).

Vuoden 1987 lopussa havaittiin, ettähallium-barium-kalsium-kupari-happijärjestelmän kriittinen lämpötila saavutti 125 K(-150,15°C).Vain vuoden 1986-1987 aikana, kriittisetsuprajohtavat lämpötilat nousivat 0K:lla.

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

90-luvun 1900-luku

Maaliskuussa 1991 Japanin SumitomoElectricIndustries esitteli maailman ensimmäisen suprajohtavan magneetin.

InOctober1991,JapanAtomicEnergyResearchInstituteandToshibaCorporationjointlydevelopedasuperconductingcoilfornuclearfusionreactorsmadeofniobiumandtincompounds.Thecurrentdensityofthecoilreaches40amperespersquaremillimeter,whichismorethanthreetimesthatofthepast.

Vuonna 1992 Texasissa USA:ssa rakennettiin ja otettiin käyttöönsuperjohtavia supertörmäimiin perustuvia suuria superjohtavia magneetteja, jotka maksoivat yli 8,2 miljardia Yhdysvaltain dollaria.

27.1.1992, JapanShipandOceanFoundationin rakentama ensimmäinen alus, jossa on suprajohtava magneettinen nestepropulsio, "Yamato" No.1 otettiin käyttöön Kobessa Japanissa Seatrialsissa.

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

Vuonna 1999 Bernhard ja muutGermanPlanckInstitutoi havaitsivat, että uteenikupariyhdisteRuSr₂GdCu₂O_8-δSe on sekäsuprajohtavuus- että magneettinen ja ferromagneettinen siirtymälämpötila on133-136 K.Koska yhdisteessä on sekäsuprajohtavuus että ferromagneettinauhuri,sillä onsuuri sovelluspotentiaali tietokoneen tietojen tallentamisessa.

Thebeginningofthe21stcentury

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

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

InSeptember2012,theUniversityofLeipziginGermanydiscoveredthatgraphiteparticlescanexhibitsuperconductivityatroomtemperature.

Tutkimustrendit

Kupari-happisuprajohteet

Kupari-happisuprajohteet ovatensimmäisenä löydettyjä korkeiden lämpötilojen suprajohteita. trium-barium-kupari-happisarjakorkeiden lämpötilojen suprajohteetZhuJingwun ja ZhaoZhongxianin syntetisoimakaikki kuuluvat tähän luokkaan.

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

Kupari-happisuprajohteiden tutkimus esittelee seuraavia suuntauksia: Ensinnäkin kupari-happisuprajohteet ovat suhteellisen kypsiä.Esimerkiksi tallium-barium-kalsium-kupari-happisuprajohtavista kalvoista on valmistettuja laitteita. häiriöt.Toiseksi kupari-happisuprajohtimien perustutkimus on pieni kaulavaihe, ja siirtymälämpötila ei ole voitu ylittää 164 K. Kolmanneksi tutkitaan kupari-happisuprajohteiden mekanismia. teknologian luomiseksi yhden kuparin luomiseksi -happikerrosTl₂Ba₂CuO_6+δhavaittu magneettikresonanssi, joka auttaa tutkimaan kuparioksidisuprajohtimien mekanismia.

Rautapohjaiset suprajohteet

Rautapohjaisten suprajohteiden löytämisestä vuonna 2006 lähtien rautapohjaisten suprajohteiden käyttö on lisääntynyt. lämpötila 26 K; vuonna 2008, kiinalaiset tiedemiehetZhaoZhongxian, ChenXianhui, WangNanlin, WenHaihu ja FangZhong löysivätSmFeAs_1-x F_{xkriittisellä lämpötilalla 43K.}SuprajohteitajaReFeAs_1-xF_xsuprajohteita, joiden kriittinen lämpötila on 55 kilometriä.

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

MagnesiumBorideSuperconductor

Tammikuussa 2001 professori J. Akimitsu AoyamaGakuin yliopistosta Japanista ja muut havaitsivat ensimmäistä kertaa, että MgB₂ onsuprajohtavuus.

Vaikka MgB:llä₂ on alhaisempi kriittinen lämpötila, sillä on silti monia etuja verrattuna kupari-happisuprajohtimiin ja rautapohjaisiin suprajohtimiin, mukaan lukien:yksinkertainen rakenne ja helppovalmistus;jaomateriaalien lähde. MgB:n₂ tärkeä etu.Koska korkeakriittisen lämpötilan kupari-happisuprajohdin on pääasiassa keraamista materiaalia, keraamisen materiaalin kovuus on suuri ja käsittely on vaikeaa, josta on tullut keraamista tiukkaa tekijää. happisuperjohde.MgB₂suprajohteet voivat korvata tämän puutteen.

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.

Kriittinen lämpötila

Suprajohtavien materiaalien kriittinen lämpötila

Yhteenvetotaulukko kriittisistä lämpötiloistaTcofsuprajohtavista materiaaleista
Materiaaleista	Symbolit	T_c(K)	Cu-Olentokoneiden lukumäärä yksikkösolussa	Rakenne
YBa₂Cu₃O₇	123	92	2	ortogonaalijärjestelmä
Bi₂Sr₂CuO₆	Bi-2201	20	1	Tetragonaalinen kristallijärjestelmä
Bi₂Sr₂CaCu₂O_{8< /sub>}	Bi-2212	85	2	Tetragonaalinen kristallijärjestelmä
Bi₂Sr₂Ca₂Cu_{3< /sub>O₆}	Bi-2223	110	3	Tetragonaalinen kristallijärjestelmä
Tl₂Ba₂CuO₆	Tl-2201	80	1	Tetragonaalinen kristallijärjestelmä
Tl₂Ba₂CaCu₂O_{8< /sub>}	Tl-2212	108	2	tetragonaalinen kristallijärjestelmä
Tl₂Ba₂Ca₂Cu_{3< /sub>O₁₀}	Tl-2223	125	3	Tetragonaalinen kristallijärjestelmä
TlBa₂Ca₃Cu₄O_{11< /sub>}	Tl-1234	122	4	tetragonaalinen kristallijärjestelmä
HgBa₂CuO₄	Hg-1201	94	1	tetragonaalinen kristallijärjestelmä
HgBa₂CaCu₂O₆	Hg-1212	128	2	Tetragonaalinen kristallijärjestelmä
HgBa₂Ca₂Cu₃O_{8< /sub>}	Hg-1223	134	3	Tetragonaalinen kristallijärjestelmä

Teoreettinen edistys

Yhdysvaltalaiset fyysikot John Barding, LeonCooper ja John Schriever esittivät BCS-teorian ja osoittivat avainroolin elektroakustiselle kytkennälle, joka selitti alhaisten lämpötilojensuprajohtavuuden. toiminta on edelleen edistynyt.

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.

Magneettisen kentän luominen

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