超導(dǎo)資料和慣例導(dǎo)電資料的功能有很大的不同。
主要有以下功能。
①低電阻性：超導(dǎo)資料處于超導(dǎo)態(tài)時電阻為低，能夠無損耗地傳輸電能。
如果用磁場在超導(dǎo)環(huán)中引發(fā)感生電流，這一電流能夠毫不衰減地維持下去。
這種“持續(xù)電流”已多次在實(shí)驗(yàn)中觀察到。
②完全抗磁性：超導(dǎo)資料處于超導(dǎo)態(tài)時，只要外加磁場不超越一定值，磁力線不能透入，超導(dǎo)資料內(nèi)的磁場恒為低。
③約瑟夫森效應(yīng)：兩超導(dǎo)資料之間有一薄絕緣層（厚度約1nm）而形成低電阻連接時，會有電子對穿過絕緣層形成電流，而絕緣層兩側(cè)沒有電壓，即絕緣層也成了超導(dǎo)體。
當(dāng)電流超越一定值后，絕緣層兩側(cè)呈現(xiàn)電壓U（也可加一電壓U），同時，直流電流變成高頻交流電，并向外輻射電磁波，其頻率為，其間h為普朗克常數(shù)，e為電子電荷。
這些特性構(gòu)成了超導(dǎo)資料在科學(xué)技能領(lǐng)域越來越引人注目的各類使用的依據(jù)。
基本臨界參量 有以下 3個基本臨界參量。
①臨界溫度:外磁場為低時超導(dǎo)資料由正常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)態(tài)(或相反)的溫度，以Tc表示。
Tc值因資料不同而異。
已測得超導(dǎo)資料的很低Tc是鎢，為0.012K。
到1987年，臨界溫度很高值已提高到100K左右。
②臨界磁場：使超導(dǎo)資料的超導(dǎo)態(tài)破壞而轉(zhuǎn)變到正常態(tài)所需的磁場強(qiáng)度，以Hc表示。
Hc與溫度T 的關(guān)系為Hc=H0[1-(T/Tc)2]，式中H0為0K時的臨界磁場。
③臨界電流和臨界電流密度：經(jīng)過超導(dǎo)資料的電流到達(dá)一定數(shù)值時也會使超導(dǎo)態(tài)破態(tài)而轉(zhuǎn)變?yōu)檎B(tài)，以Ic表示。
Ic一般隨溫度和外磁場的增加而減少。
單位截面積所承載的Ic稱為臨界電流密度，以Jc表示。
超導(dǎo)資料的這些參量限定了使用資料的條件，因而尋找高參量的新型超導(dǎo)資料成了人們研討的重要課題。
以Tc為例，從1911年荷蘭物理學(xué)家H.開默林－昂內(nèi)斯發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)電性(Hg，Tc=4.2K)起，直到1986年以前，人們發(fā)現(xiàn)的很高的 Tc才到達(dá)23.2K(Nb3Ge，19
裁線機(jī)73)。
1986年瑞士物理學(xué)家K.A.米勒和聯(lián)邦德國物理學(xué)家J.G.貝德諾爾茨發(fā)現(xiàn)了氧化物陶瓷資料的超導(dǎo)電性，從而將Tc提高到35K。
之后僅一年時間，新資料的Tc已提高到100K左右。
這種突破為超導(dǎo)資料的使用開辟了寬廣的前景，米勒和貝德諾爾茨也因而榮獲1987年諾貝爾物理學(xué)獎金。
分類 超導(dǎo)資料按其化學(xué)成分可分為元素資料、合金資料、化合物資料和超導(dǎo)陶瓷。
①超導(dǎo)元素：在常壓下有28種元素具超導(dǎo)電性，其間鈮（Nb）的Tc很高，為9.26K。
電工中實(shí)踐使用的主要是鈮和鉛(Pb，Tc=7.201K)，已用于制造超導(dǎo)交流電力電纜、高Q值諧振腔等。
② 合金資料： 超導(dǎo)元素加入某些其他元素作合金成分， 能夠使超導(dǎo)資料的全部功能提高。
如很先使用的鈮鋯合金(Nb-75Zr)，其Tc為10.8K，Hc為8.7特。
繼后開展了鈮鈦合金，雖然Tc稍低了些，但Hc高得多，在給定磁場能承載更大電流。
其功能是Nb-33Ti，Tc=9.3K，Hc＝11.0特；Nb-60Ti，Tc=9.3K，Hc=12特(4.2K)。
目前鈮鈦合金是用于7～8特磁場下的主要超導(dǎo)磁體資料。
鈮鈦合金再加入鉭的三元合金，功能進(jìn)一步提高，Nb-60Ti-4Ta的功能是，Tc＝9.9K，Hc=12.4特（4.2K）；Nb-70Ti-5Ta的功能是，Tc=9.8K，Hc=12.8特。
③超導(dǎo)化合物:超導(dǎo)元素與其他元素化合常有很好的超導(dǎo)功能。
如已很多使用的Nb3Sn，其Tc=18.1K，Hc=24.5特。
其他重要的超導(dǎo)化合物還有V3Ga，Tc=16.8K，Hc=24特；Nb3Al，Tc=18.8K，Hc=30特。
④超導(dǎo)陶瓷：20世紀(jì)80年代初，米勒和貝德諾爾茨開始注意到某些氧化物陶瓷資料可能有超導(dǎo)電性，他們的小組對一些資料進(jìn)行了試驗(yàn)，于1986年在鑭－鋇－銅－氧化物中發(fā)現(xiàn)了Tc=35K的超導(dǎo)電性。
1987年，中國、美國、日本等國科學(xué)家在鋇－釔－銅氧化物中發(fā)現(xiàn)Tc處于液氮溫區(qū)有超導(dǎo)電性，使超導(dǎo)陶瓷成為極有開展前景的超導(dǎo)資料。
使用 超導(dǎo)資料具有的優(yōu)異特性使它從被發(fā)現(xiàn)之日起，就向人類展示了誘人的使用前景。
但要實(shí)踐使用超導(dǎo)資料又受到一系列要素的制約，這首先是它的臨界參量，其次還有資料制作的工藝等問題（例如脆性的超導(dǎo)陶瓷如何制成柔細(xì)的線材就有一系列工藝問題）。
到80年代，超導(dǎo)資料的使用主要有：①使用資料的超導(dǎo)電性可制作磁體，使用于電機(jī)、高能粒子加速器、磁懸浮運(yùn)輸、受控?zé)岷朔磻?yīng)、儲能等；可制作電力電纜，用于大容量輸電（功率可達(dá)10000MVA）；可制作通信電纜和天線，其功能優(yōu)于慣例資料。
②使用資料的完全抗磁性可制作無摩擦陀螺儀和軸承。
③使用約瑟夫森效應(yīng)可制作一系列精密測量儀表以及輻射探測器、微波發(fā)生器、邏輯元件等。
使用約瑟夫森結(jié)作計(jì)算機(jī)的邏輯和存儲元件，其運(yùn)算速度比高功能集成電路的快10～20倍，功耗只有四分之一。
1911年，荷蘭物理學(xué)家昂尼斯(1853～1926)發(fā)現(xiàn)，水銀的電阻率并不象預(yù)料的那樣隨溫度降低逐步減小，而是當(dāng)溫度降到4.15K附近時，水銀的電阻突然降到低。
某些金屬、合金和化合物，在溫度降到有效低度附近某一特定溫度時，它們的電阻率突然減小到無法測量的現(xiàn)象叫做超導(dǎo)現(xiàn)象，能夠發(fā)生超導(dǎo)現(xiàn)象的物質(zhì)叫做超導(dǎo)體。
超導(dǎo)體由正常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)態(tài)的溫度稱為這種物質(zhì)的轉(zhuǎn)變溫度(或臨界溫度)TC。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)大多數(shù)金屬元素以及數(shù)以千計(jì)的合金、化合物都在不同條件下顯示出超導(dǎo)性。
如鎢的轉(zhuǎn)變溫度為0.012K，鋅為0.75K，鋁為1.196K，鉛為7.193K。
超導(dǎo)體得天獨(dú)厚的特性，使它可能在各種領(lǐng)域得到廣泛的使用。
但由于早期的超導(dǎo)體存在于液氦極低溫度條件下，極大地限制了超導(dǎo)資料的使用。
人們一直在探究高溫超導(dǎo)體，從1911年到1986年，75年間從水銀的4．2K提高到鈮三鍺的23．22K，才提高了19K。
1986年，高溫超導(dǎo)體的研討取得了重大的突破。
掀起了以研討金屬氧化物陶瓷資料為目標(biāo)，以尋找高臨界溫度超導(dǎo)體為目標(biāo)的“超導(dǎo)熱”。
全世界有260多個實(shí)驗(yàn)小組參加了這場競賽。
1986年1月，美國國際商用機(jī)器公司設(shè)在瑞士蘇黎世實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家柏諾茲和繆勒首先發(fā)現(xiàn)鋇鑭銅氧化物是高溫超導(dǎo)體，將超導(dǎo)溫度提高到30K；緊接著，日本東京大學(xué)工學(xué)部又將超導(dǎo)溫度提高到37K；12月30日，美國休斯敦大學(xué)宣告，美籍華裔科學(xué)家朱經(jīng)武又將超導(dǎo)溫度提高到40．2K。
1987年1月初，日本川崎國立分子研討所將超導(dǎo)溫度提高到43K；不久日本綜合電子研討所又將超導(dǎo)溫度提高到46K和53K。
中國科學(xué)院物理研討所由趙忠賢、陳立泉先進(jìn)的研討組，獲得了48．6K的鍶鑭銅氧系超導(dǎo)體，并看到這類物質(zhì)有在70K發(fā)生轉(zhuǎn)變的痕跡。
2月15日美國報(bào)道朱經(jīng)武、吳茂昆獲得了98K超導(dǎo)體。
2月20日，中國也宣告發(fā)現(xiàn)100K以上超導(dǎo)體。
3月3日，日本宣告發(fā)現(xiàn)123K超導(dǎo)體。
3月12日中國北京大學(xué)成功地用液氮進(jìn)行超導(dǎo)磁懸浮實(shí)驗(yàn)。
3月27日美國華裔科學(xué)家又發(fā)現(xiàn)在氧化物超導(dǎo)資料中有轉(zhuǎn)變溫度為240K的超導(dǎo)痕跡。
很快日本鹿兒島大學(xué)工學(xué)部發(fā)現(xiàn)由鑭、鍶、銅、氧組成的陶瓷資料在14℃溫度下存在超導(dǎo)痕跡。
高溫超導(dǎo)體的巨大突破，以液態(tài)氮代替液態(tài)氦作超導(dǎo)制冷劑獲得超導(dǎo)體，使超導(dǎo)技能走向大規(guī)模開發(fā)使用。
氮是空氣的主要成分，液氮制冷機(jī)的效率比液氦至少高10倍，所以液氮的價(jià)格實(shí)踐僅相當(dāng)于液氦的1／100。
液氮制冷設(shè)備簡單，因而，現(xiàn)有的高溫超導(dǎo)體雖然還必須用液氮冷卻，但卻被認(rèn)為是20世紀(jì)科學(xué)上很巨大的發(fā)現(xiàn)之一。
超導(dǎo)科學(xué)研討 1.非慣例超導(dǎo)體磁通動力學(xué)和超導(dǎo)機(jī)理 主要研討混合態(tài)區(qū)域的磁通線運(yùn)動的機(jī)理，不可逆線性質(zhì)、起因及其與磁場和溫度的關(guān)系，臨界電流密度與磁場和溫度的依賴關(guān)系及各向異性。
超導(dǎo)機(jī)理研討側(cè)重于研討正常態(tài)在強(qiáng)磁場下的磁阻、霍爾效應(yīng)、漲落效應(yīng)、費(fèi)米面的性質(zhì)以及T
時用強(qiáng)磁場破壞超導(dǎo)到達(dá)正常態(tài)時的輸運(yùn)性質(zhì)等。
對有望表現(xiàn)出高溫超導(dǎo)電性的體系象有機(jī)超導(dǎo)體等以及在強(qiáng)電方面具有寬廣使用前景的低溫超導(dǎo)體等，也將開展其在強(qiáng)磁場下的性質(zhì)研討。
2.強(qiáng)磁場下的低維凝集態(tài)特性研討 低維性使得低維體系表現(xiàn)出三維體系所沒有的特性。
低維不穩(wěn)定性導(dǎo)致了多種有序相。
強(qiáng)磁場是提醒低維凝集態(tài)特性的有效手段。
主要研討內(nèi)容包括：有機(jī)鐵磁性的結(jié)構(gòu)和來源；有機(jī)（包括富勒烯）超導(dǎo)體的機(jī)理和磁性；強(qiáng)磁場下二維電子氣中非線性元激起的特異屬性；低維磁性資料的相變和磁相互效果；有機(jī)導(dǎo)體在磁場中的輸運(yùn)和載流子特性；磁場中的能帶結(jié)構(gòu)和費(fèi)米面特征等。
3.強(qiáng)磁場下的半導(dǎo)體資料的光、電等特性 強(qiáng)磁場技能對半導(dǎo)體科學(xué)的開展愈益變得重要，由于在各種物理要素中，外磁場是 在保持晶體結(jié)構(gòu)不變的情況下改動動量空間對稱性的物理要素，因而在半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)研討以及元激起及其互效果研討中，磁場有著特別重要的效果。
經(jīng)過對強(qiáng)磁場下半導(dǎo)體資料的光、電等特性開展實(shí)驗(yàn)研討，可進(jìn)一步理解和把握半導(dǎo)體的光學(xué)、電學(xué)等物理性質(zhì)，從而為制造具有各種功能的半導(dǎo)體器材并開展高科技作基礎(chǔ)性探究。
4.強(qiáng)磁場下極微細(xì)標(biāo)準(zhǔn)中的物理問題 極微細(xì)標(biāo)準(zhǔn)體系中呈現(xiàn)許多慣例資料不具備的新現(xiàn)象和奇異特性，這與這類資料的微結(jié)構(gòu)特別是電子結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。
強(qiáng)磁場為研討極微細(xì)標(biāo)準(zhǔn)體系的電子態(tài)和輸運(yùn)特性提供強(qiáng)有力的手段，不但能進(jìn)一步提醒這類資料在慣例條件下難以呈現(xiàn)的奇異現(xiàn)象，而且為在更深層次下認(rèn)識其物理特性提供豐富的科學(xué)信息。
主要研討強(qiáng)磁場下極微細(xì)標(biāo)準(zhǔn)金屬、半導(dǎo)體等的電子輸運(yùn)、電子局域和關(guān)聯(lián)特性；量子尺度效應(yīng)、量子限域效應(yīng)、小尺度效應(yīng)和表面、界面效應(yīng)；以及極微細(xì)標(biāo)準(zhǔn)氧化物、碳化物和氮化物的光學(xué)特性及能隙精細(xì)結(jié)構(gòu)等。
5.強(qiáng)磁場化學(xué) 強(qiáng)磁場對化學(xué)反應(yīng)電子自旋和核自旋的效果，可導(dǎo)致相應(yīng)化學(xué)鍵的松馳，造成新鍵生成的有利條件，誘發(fā)一般條件下無法完成的物理化學(xué)變化，獲得原來無法制備的新資料和新化合物。
強(qiáng)磁場化學(xué)是使用基礎(chǔ)性很強(qiáng)的新領(lǐng)域，有一系列理論課題和廣泛使用前景。
近期可開展水和有機(jī)溶劑的磁化及機(jī)理研討以及強(qiáng)磁場誘發(fā)新化學(xué)反應(yīng)研討等。
6.磁場下的生物學(xué)、生物－醫(yī)學(xué)研討等 磁體科學(xué)和技能 強(qiáng)磁場的價(jià)值在于對物理學(xué)知識有重要貢獻(xiàn)。
八十年代的一個概念上的重要進(jìn)展是量子霍爾效應(yīng)和分?jǐn)?shù)量子霍耳效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)。
這是在強(qiáng)磁場下研討二維電子氣的輸運(yùn)現(xiàn)象時發(fā)現(xiàn)的（獲85年諾貝爾獎）。
量子霍爾效應(yīng)和分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)激起物理學(xué)家探究其起源的熱情，并在建立電阻的自然基準(zhǔn)，精確測定基本物理常數(shù)e，h和精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)(＝e2/h(0c等使用方面，已顯示巨大意義。
高溫超導(dǎo)電性機(jī)理的很終提醒在很大程度上也將依賴于人們在強(qiáng)磁場下對高溫超導(dǎo)體功能的探究。
熟悉物理學(xué)史的人都清楚，由固體物理學(xué)演化為凝集態(tài)物理學(xué)，其重要標(biāo)志就在于其研討目標(biāo)的日益擴(kuò)大，從周期結(jié)構(gòu)延伸到非周期結(jié)構(gòu)，從三維晶體拓寬到低維和高維，乃至分?jǐn)?shù)維體系。
這些新目標(biāo)展示了很多新的特性和物理現(xiàn)象，物理機(jī)理與傳統(tǒng)的也大不相同。
這些新目標(biāo)的產(chǎn)生以及對新效應(yīng)、新現(xiàn)象的解釋使得凝集態(tài)物理學(xué)得以不斷的豐富和開展。
在此進(jìn)程中，極點(diǎn)條件一直起著至關(guān)重要的效果，由于極點(diǎn)條件往往使得某些要素突出出來而同時抑制其它要素，從而使原本很雜亂的進(jìn)程變得較為簡單，有利于直接了解物理本質(zhì)。
相對于其它極點(diǎn)條件，強(qiáng)磁場有其自身的特色。
強(qiáng)磁場的效果是改動一個體系的物理狀態(tài)，即改動角動量（自旋）和帶電粒子的軌道運(yùn)動，因而，也就改動了物理體系的狀態(tài)。
正是在這點(diǎn)上，強(qiáng)磁場不同于物理學(xué)的其他一些比較昂貴的手段，如中子源和同步加速器，它們沒有改動所研討體系的物理狀態(tài)。
磁場能夠產(chǎn)生新的物理環(huán)境，并導(dǎo)致新的特性，而這種新的物理環(huán)境和新的物理特性在沒有磁場時是不存在的。
低溫也能導(dǎo)致新的物理狀態(tài)，如超導(dǎo)電性和相變，但強(qiáng)磁場極不同于低溫，它比低溫更有效，這是由于磁場使帶電的和磁性粒子的遠(yuǎn)動和能量量子化，并破壞時間反演對稱性，使它們具有更獨(dú)特的性質(zhì)。
強(qiáng)磁場能夠在保持晶體結(jié)構(gòu)不變的情況下改動動量空間的對稱性，這對固體的能帶結(jié)構(gòu)以及元激起及其互效果等研討是非常重要的。
固體雜亂的費(fèi)米面結(jié)構(gòu)正是使用強(qiáng)磁場使得電子和空穴在特定方向上的自由運(yùn)動從而導(dǎo)致磁化和磁阻的振蕩這一原理而得以證實(shí)的。
固體中的費(fèi)米面結(jié)構(gòu)及特征研討一直是凝集態(tài)物理學(xué)領(lǐng)域中的前沿課題。
當(dāng)今凝集態(tài)物理基礎(chǔ)研討的許多重大熱門都離不開強(qiáng)磁場這一極點(diǎn)條件，甚至很多是以強(qiáng)磁場下的研討作為基礎(chǔ)。
如波色凝集只發(fā)生在動量空間，要在實(shí)空間中觀察到此現(xiàn)象必需在非均勻的強(qiáng)磁場中才得以可能。
又如高溫超導(dǎo)的機(jī)理問題、量子霍爾效應(yīng)研討、納米資料和介觀物體中的物理問題、巨磁阻效應(yīng)的物理起因、有機(jī)鐵磁性的結(jié)構(gòu)和來源、有機(jī)（包括富勒烯〕超導(dǎo)體的機(jī)理和磁性、低維磁性資料的相變和磁相互效果、固體中的能帶結(jié)構(gòu)和費(fèi)米面特征以及元激起及其互效果研討等等，強(qiáng)磁場下的研討工作將有助于對這些問題的正確認(rèn)識和提醒，從而促進(jìn)凝集態(tài)物理學(xué)的進(jìn)一步開展和完善。
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