大学物理的禁区
1973年发现超导合金——n B- Ge合金，其临界超导温度为23.2K，保持了近13年。
1986年，美国IBM公司位于瑞士苏黎世的研究中心报道了一种氧化物(La，Ba，Cu氧化物)具有35K的高温超导性。此后，科学家几乎每隔几天就有新的研究成果。
1986年，贝尔实验室研究的超导材料临界超导温度达到40K，跨越了液氢的“温度屏障”(40K)。
1987期间，美籍华人科学家朱经武和中国科学家赵忠贤先后在钇钡铜氧材料上将临界超导温度提高到90K以上，液氮的“温度屏障”(77K)也被打破。1987年底，铊钡钙铜氧材料将临界超导温度提高到125K，从1986-1987短短一年多时间，临界超导温度提高了近100K。
来自德国、法国和俄罗斯的科学家利用中子散射技术，在单层氧化铜层TL2Ba2CuO6+δ中观测到了所谓的磁* * *振动模式，进一步证实了这种模式在高温超导体中的普遍性。这一发现有助于氧化铜超导体机理的研究。
高温超导体具有较高的超导转变温度(通常高于氮气液化的温度)，有利于超导在工业上的广泛应用。高温超导体发现至今已有16年，但对其不同于常规超导体的诸多特性及其微观机制的研究仍处于相当“初级”的阶段。这不仅体现在没有一个单一的理论能够完全描述和解释高温超导体的特性，还体现在缺乏不同体系中普遍存在的统一的“本征”实验现象。这一期《科学》杂志报道的结果意味着，中子散射领域的一个长期谜题有可能得到解决。
早在1991年，法国物理学家利用中子散射技术在双氧化铜层YBA2Cu3O6+δ超导体单晶中发现了微弱的磁信号。随后的实验表明，这种信号只有在超导体处于超导状态时才会显著增强，被称为磁* * *振动模式。这一发现表明，电子的自旋以合作的方式产生集体有序运动，这是常规超导体所不具备的。这种集体运动可能参与了电子的配对，并对超导机制负责，这类似于传统超导体中引起电子配对的晶格振动。然而，在另一种超导体La2-xsrxCuO4+δ(单一氧化铜层)中无法观察到同样的现象。这让物理学家怀疑这种磁振动模式并不是氧化铜超导体的普遍现象。1999年在Bi2SR2CaCu2O8+δ单晶上也观察到了这种磁* *振动信号。但由于Bi2SR2CaCu2O8+δ和YB2Cu3O6+δ一样，也具有双氧化铜层结构，所以关于磁* *振动模式是双氧化铜层的特殊特征还是“普适”现象的困惑并没有完全解决。
理想的候选者应该是典型的高温超导晶体，结构尽可能简单，只有单一的氧化铜层。难点在于，由于中子与物质的相互作用非常微弱，只有用足够大的晶体才能进行中子散射实验。随着中子散射技术的成熟，对晶体尺寸的要求已经降低到0.1 cm 3量级。随着晶体生长技术的发展，TL2Ba2CuO6+δ单晶的尺寸已经进入毫米量级，是一种理想的候选材料。科学家将300毫米的Tl2ba2Cuo6+δ单晶按照晶体学取向排列在同一标准中，形成一个“人造”单晶，“提前”满足了中子散射的要求。经过近两个月的收集和对散射光谱的反复验证，最终以确凿的实验数据表明，在这样一个近乎理想的高温超导单晶上也存在磁* * *振动模式。这一结果表明磁振动模式是高温超导的普遍现象。La2-xsrxCuO4+δ体系没有磁* *模只是“普适”现象的一个例外，可能与其结构的特殊性有关。
磁振动模式及其与电子相互作用的理论和实验研究一直是高温超导领域的热点之一。上述结果将吸引许多物理学家的注意和兴趣。
20世纪80年代是超导探索和研究的黄金时代。1981年合成了有机超导体。1986年，缪勒和伯诺兹发现了一种陶瓷金属氧化物LaBaCuO4，由钡、镧、铜和氧组成，其临界温度约为35K。由于陶瓷金属氧化物通常是绝缘物质，这一发现意义重大，缪勒和伯诺兹因此获得了诺贝尔物理学奖。
1987超导材料探索有新突破。美国休斯顿大学物理学家朱经武和中科院物理所赵忠贤等人先后研制出临界温度约为90K的超导材料YBCO (YBCO)。
1988年初，日本研制出临界温度为110K的Bi-Sr-Ca-Cu-O超导体。至此，人类终于实现了液氮温区超导体的梦想，实现了科学史上的重大突破。这种超导体被称为高温超导体，因为它的临界温度高于液氮温度(77K)。
自发现高温超导材料以来，一股超导热潮席卷全球。科学家还发现，铊化合物超导材料的临界温度可以达到125K，汞化合物超导材料的临界温度可以达到135K..如果将水银置于高压之下，其临界温度将达到令人难以置信的164K。
1997年，研究人员发现，金铟合金在接近绝对零度时，既是超导体，又是磁体。1999科学家发现Ru-Cu化合物在45K具有超导性。由于其独特的晶体结构，该化合物在计算机数据存储方面的应用潜力将非常大。
为了证明(超导体)的电阻为零，科学家将一个铅环放入温度低于Tc=7.2K的空间中，利用电磁感应在环中感应出感应电流。结果表明，环内电流可持续两年半，从3月1954到9月5日1956。这表明环中没有电能损失。当温度上升到Tc以上时，环由超导态变为正常态，材料电阻突然增大，感应电流立即消失。
1.超导技术
1911年，荷兰莱顿大学的Cameron-Anis意外发现，当水银冷却到-268.98℃时，水银的电阻突然消失。后来他发现很多金属和合金都有类似于上述汞的低温失去电阻的特性。由于其特殊的导电性，卡梅伦-阿尼斯称之为超导态。卡梅伦因这一发现获得了1913的诺贝尔奖。
这一发现引起了世界范围的震惊。在他之后，人们开始把处于超导状态的导体称为“超导体”。超导体的DC电阻率在某一低温下突然消失，这种现象称为零电阻效应。没有导体的电阻，电流流过超导体时就不会产生热损失，电流可以在没有电阻的导体中流过大电流，从而产生超强磁场。
1933年，荷兰的迈斯纳和奥尔森菲尔德发现了超导体的另一个极其重要的性质。当金属处于超导状态时，这种超导体中的磁感应强度为零，但体内原有的磁场被挤出。对单晶锡球的实验表明，当锡球过渡到超导态时，锡球周围的磁场突然发生变化，磁力线似乎一下子被排除在超导体之外。人们把这种现象称为“迈斯纳效应”。
后来，人们还做了一个实验:在一个浅的马口铁盘中，放入一块体积很小但磁性很强的永磁体，然后降低温度，使马口铁超导。这时我们可以看到，小磁铁其实离开了马口铁的表面，慢慢地飘了起来。
迈斯纳效应意义重大，可以用来判断一种物质是否具有超越性。
为了使超导材料实用化，人们开始探索高温超导的过程。从1911到1986，超导温度从4.2K汞柱上升到23.22K(OK =-273℃)。Ba-La-Cu氧化物的超导温度在65438+86年10月发现为30度，65438+87年10月2月30日设定为40.2K，上升到43K，然后很快上升到46K和53K，15年2月发现98K超导体，很快发现18。
超导材料和超导技术具有广阔的应用前景。超导中的迈斯纳效应使人们利用这一原理制造超导火车和超导轮船成为可能。因为这些车辆将在无摩擦的状态下运行，所以它们的速度和安静性能将大大提高。超导列车在20世纪70年代已经成功进行了载人可行性试验。日本从1987开始试运行，但经常出现故障，可能是高速行驶产生的颠簸。超导船于1992年6月27日下水试航，尚未进入实用阶段。用超导材料制造车辆还存在一些技术障碍，但势必会引发一波车辆革命。
超导材料的零电阻特性可用于输电和制造大型磁体。超高压输电会有很大的损耗，使用超导体可以把损耗降到最低，但是临界温度更高的超导体还没有进入实用阶段，因此限制了超导输电的采用。随着技术的发展和新型超导材料的出现，超导输电的希望在不久的将来就能实现。
现有的高温超导体仍处于必须用液氮冷却的状态，但仍被认为是20世纪最伟大的发现之一。
2.超导技术及其应用
比尔·李
1911年，荷兰科学家艾格尼丝用液氦冷却了水星。当温度降至4.2K时，发现水银的电阻完全消失。这种现象被称为超导。1933年，迈斯纳和奥克森菲尔德两位科学家发现，如果超导体在磁场中冷却，当材料电阻消失时，磁感应线会从超导体中放电，无法穿过超导体。这种现象被称为抗磁性。
超导性和抗磁性是超导体的两个重要特性。超导体电阻为零的温度称为超导临界温度。经过科学家几十年的努力，超导材料的磁电屏障已经被跨越，接下来的难点是突破温度屏障，即寻求高温超导材料。
奇怪的超导陶瓷
1973年，人们发现了超导合金——n B- Ge合金，其临界超导温度为23.2K，保持了13年。1986年，瑞士苏黎世IBM公司研究中心报道一种氧化物(La-Ba-Cu-O)具有35K的高温超导性，打破了氧化物陶瓷是绝缘体的传统观念，在世界科学界引起轰动。此后，科学家们争分夺秒地攻关，几乎每隔几天就有新的研究成果出现。
1986年底，贝尔实验室研究的氧化物超导材料临界超导温度达到40K，跨越了液氢的“温度屏障”(40K)。1987年2月，美籍华人科学家朱经武和中国科学家赵忠贤先后在钇钡铜氧材料上把临界超导温度提高到90K以上，液氮的禁区(77K)奇迹般地被打破。1987年底，铊钡钙铜氧材料将临界超导温度提高到125K，在1986-1987的短短一年多时间里，临界超导温度居然提高了100K以上，这是材料发展史乃至科技发展史上的奇迹！
高温超导材料的不断出现，为超导材料从实验室走向应用铺平了道路。
超群超导磁体
超导材料最吸引人的应用是发电、输电和储能。
由于超导材料在超导状态下电阻为零，完全抗磁性，所以可以用极少的功耗获得654.38+百万高斯以上的稳态强磁场。使用常规导体作为磁体，要产生这么大的磁场，需要消耗3.5 MW的电能和大量的冷却水，投资巨大。
超导磁体可用于制造交流超导发电机、MHD发电机和超导输电线路。
超导发电机在电力领域，利用超导线圈磁铁可以将发电机的磁场强度提高到50000 ~ 60000高斯，几乎没有能量损失。这种发电机是交流超导发电机。与常规发电机相比，超导发电机的单机容量提高了5 ~ 10倍，达到100MW，而体积减小了1/2，整机重量减轻了1/3，发电效率提高了50%。
磁流体发电机磁流体发电机也离不开超导强磁体的帮助。磁流体发电以高温导电气体(等离子体)为导体，高速通过磁场强度为50000-60000高斯的强磁场进行发电。MHD发生器的结构非常简单，用于MHD发电的高温导电气体可以重复利用。
用于超导输电线路的超导材料还可以用来制作超导导线和超导变压器，从而几乎无损耗地向用户输送电力。据统计，目前约有15%的电能损耗在输电线路上。仅在中国，每年的电力损失就超过65，438+000亿千瓦时。如果改用超导输电，节省的能源相当于建几十座大型电厂。
超导的广泛应用
高温超导材料的应用非常广泛，大致可以分为三类:大电流应用(大电流应用)、电子应用(小电流应用)和抗磁性应用。大电流应用是前面提到的超导发电、输电和储能；电子应用包括超导计算机、超导天线、超导微波器件等。抗磁性主要用于磁悬浮列车和热核聚变反应堆。
超导磁悬浮列车利用超导材料的抗磁性，将超导材料置于永磁体之上。因为磁铁的磁力线无法穿过超导体，所以磁铁和超导体之间会产生排斥力，使超导体悬浮在磁铁上方。这种磁悬浮效应可以用来制作高速超导磁悬浮列车。
超导计算机高速计算机要求集成电路芯片上的元器件和连接线密集排布，但密集排布的电路在工作时会产生大量的热量，散热是VLSI面临的难题。在超导计算机的VLSI中，元器件之间的互连线采用近零电阻、超微发热的超导器件，因此不存在散热问题，计算机的运算速度大大提高。此外，科学家正在研究用半导体和超导体制造晶体管，甚至完全用超导体制造晶体管。
在核聚变反应堆的“磁外壳”中进行核聚变反应时，内部温度高达1亿~ 2亿℃，任何常规物质都无法包含这些物质。超导体产生的强磁场可以作为一个“磁外壳”，将热核反应堆中的超高温等离子体包围、约束起来，然后慢慢释放出来，从而使受控核聚变能源成为21世纪前景广阔的新能源。