大家都知道，冬天手冷的時(shí)候，把兩只手放在一起搓一搓就暖和了，這是摩擦生熱的道理。我們?cè)谑褂秒娖鞯臅r(shí)候，電器、電線也會(huì)發(fā)熱，這是因?yàn)殡娏骱碗娖?、電線也發(fā)生了“摩擦”，這種“摩擦”就是電阻的來(lái)源。電阻產(chǎn)生的熱量極大地浪費(fèi)了電能。

　　事實(shí)上，電在從發(fā)電廠趕往工廠、住宅、學(xué)校的路上，就已經(jīng)被輸電線的電阻消耗了不少，進(jìn)而導(dǎo)致我國(guó)損失很多的電能，直到超導(dǎo)材料的出現(xiàn)，讓人們看到了“零電阻”的發(fā)展。

　　想要了解超導(dǎo)材料，我們還要從英國(guó)化學(xué)家拉瓦錫的預(yù)言說(shuō)起。1784年，拉瓦錫做了這樣一個(gè)預(yù)測(cè)，他表示如果地球突然進(jìn)到寒冷的地區(qū)，那么地球上的空氣就不再會(huì)以看不見的流體形式存在，而是回到液體狀態(tài)。

　　正是從那時(shí)候起，拉瓦錫的預(yù)言就一直激勵(lì)著人們?nèi)?shí)現(xiàn)氣體的液化，并由此得到極低的溫度。使氣體變成液體，這聽起來(lái)如同神話一般，但是科學(xué)家不僅相信了這個(gè)神話，而且使它成為了現(xiàn)實(shí)。

　　在拉瓦錫做出預(yù)言的18世紀(jì)末，科學(xué)研究的水平還非常低，我們今天根本無(wú)法想象當(dāng)時(shí)科學(xué)家液化氣體時(shí)遇到的困難有多大。許多人為此嘔心瀝血，貢獻(xiàn)了畢生精力，終于他們的努力有了回報(bào)。

　　1908年，荷蘭萊頓實(shí)驗(yàn)室的昂內(nèi)斯等人成功液化了最難液化的氣體——氦氣，得到的液氦沸點(diǎn)為零下196攝氏度。隨后在1911年4月8號(hào)，昂內(nèi)斯等人測(cè)量金屬汞在低溫下的電阻時(shí)，意外地發(fā)現(xiàn)當(dāng)溫度降低到液氦沸點(diǎn)的時(shí)候，汞的電阻突然下降到儀器測(cè)量不到的最小值，基本上可以認(rèn)為是零電阻態(tài)。于是，他們便把當(dāng)時(shí)讓金屬汞電阻為零時(shí)的溫度稱為超導(dǎo)臨界溫度，把“超導(dǎo)”這個(gè)詞語(yǔ)定義為，當(dāng)某些材料的溫度降低到超導(dǎo)臨界溫度以下時(shí)，電阻就會(huì)消失為零，這樣的材料就是“超導(dǎo)體”了。

　　作為第一個(gè)超導(dǎo)體，金屬汞被科學(xué)家順利發(fā)現(xiàn)了，也就是從這一天起，超導(dǎo)現(xiàn)象開始被科學(xué)家所知道。其實(shí)，在形成神奇的零電阻態(tài)同時(shí)，超導(dǎo)體還擁有另一種神奇的“金鐘罩鐵布衫的功夫”，那就是可以把體內(nèi)的所有磁力線排到外面，讓體內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度也為零，科學(xué)家們稱這種現(xiàn)象為超導(dǎo)體的“完全抗磁性”效應(yīng)，由于它是被德國(guó)科學(xué)家沃爾特·邁斯納在1933年發(fā)現(xiàn)的，因此又被稱為“邁斯納效應(yīng)”。

　　后來(lái)，人們還做過(guò)這樣一個(gè)關(guān)于“邁斯納效應(yīng)”的實(shí)驗(yàn)：在一個(gè)淺平的錫盤中，放入一個(gè)體積很小但磁性很強(qiáng)的永久磁體，然后把溫度降低，使錫盤出現(xiàn)超導(dǎo)性，這時(shí)可以看到，小磁鐵竟然離開錫盤表面，慢慢地飄起，懸空不動(dòng)。邁斯納效應(yīng)具有著重要的意義，它可以用來(lái)判別物質(zhì)是否具有超導(dǎo)特性。因?yàn)閺目茖W(xué)意義上來(lái)說(shuō)，只有同時(shí)具有“零電阻效應(yīng)”和“完全抗磁性”這兩大神奇效應(yīng)的材料，才能被稱之為超導(dǎo)材料。

　　從剛剛金屬汞超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中，我們知道低溫環(huán)境是超導(dǎo)體發(fā)揮“特效”的關(guān)鍵因素，但低溫往往需要依賴昂貴的液氦來(lái)維持，無(wú)形中極大地增加了超導(dǎo)體的應(yīng)用成本，如果想要在這樣的溫度環(huán)境中推廣應(yīng)用幾乎是不可能的。所以從超導(dǎo)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)的第一天起，科學(xué)家們就一直在朝著室溫超導(dǎo)的方向而奮斗。

　　但是，自1911年4月8號(hào)，第一個(gè)超導(dǎo)體金屬汞被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)了大量單質(zhì)和合金超導(dǎo)體，但是它們的超導(dǎo)臨界溫度都很低，此后的70多年間探索到的最高臨界超導(dǎo)溫度為零下249.8攝氏度。

　　直到1986年初，這一溫度記錄才被刷新。這一年，歐洲科學(xué)家貝德諾茲和繆勒發(fā)現(xiàn)以銅為關(guān)鍵超導(dǎo)元素的銅氧化物超導(dǎo)體，轉(zhuǎn)變溫度高于零下233攝氏度，因而被稱為高溫超導(dǎo)體。這里所說(shuō)的“高溫”，和我們通常認(rèn)知的上百上千攝氏度的高溫并不一樣，它是相對(duì)原來(lái)超導(dǎo)材料所需要的超低溫高許多的溫度，不過(guò)也有零下200攝氏度左右。所以，在人類所研究的超導(dǎo)材料中，如果溫度相比較來(lái)說(shuō)，提高了很多，那就可以稱這個(gè)材料是高溫超導(dǎo)體。

　　也正是在1986年9月份，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)銅氧化物超導(dǎo)體之后沒(méi)多久，我國(guó)物理學(xué)家趙忠賢坐在物理所圖書館中翻看了當(dāng)時(shí)最新一期的《物理學(xué)雜志》。當(dāng)讀到了這兩位歐洲科學(xué)家發(fā)表的文章時(shí)，他陷入了長(zhǎng)時(shí)間的思考，他認(rèn)為銅氧化物超導(dǎo)體的想法是有道理的，就是要充分利用材料結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性來(lái)實(shí)現(xiàn)高溫超導(dǎo)。

　　這個(gè)想法產(chǎn)生后，趙忠賢便立刻與物理所其他科研人員合作，開始了銅氧化物的超導(dǎo)體研究工作。僅僅只用了兩個(gè)月的時(shí)間，趙忠賢的研究組就在鍶鑭銅氧中實(shí)現(xiàn)了起始溫度為零下244.4攝氏度的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度。

　　在那段激情燃燒的歲月里，趙忠賢帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)爭(zhēng)分奪秒，夜以繼日地在實(shí)驗(yàn)室工作，困了就以實(shí)驗(yàn)桌為床，或坐在椅子上打個(gè)盹兒，醒了繼續(xù)做實(shí)驗(yàn)。在最緊張的時(shí)刻，趙忠賢曾連續(xù)48個(gè)小時(shí)沒(méi)有合眼。正是以這種忘我的獻(xiàn)身與拼搏精神，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)利用自己制造的爐子和測(cè)量設(shè)備，在簡(jiǎn)陋落后的條件下，取得了舉世矚目的成就。

　　隨后，趙忠賢團(tuán)隊(duì)并沒(méi)有停歇，而是投入到新的研究中去，他們通過(guò)在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的超導(dǎo)臨界溫度會(huì)受到原料純度和雜質(zhì)的影響，對(duì)超導(dǎo)材料進(jìn)行改進(jìn)研究，最終在1987年的2月19號(hào)，趙忠賢等人在釔鋇銅氧中發(fā)現(xiàn)了起始溫度高于零下173攝氏度的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度，在國(guó)際上掀起了高溫超導(dǎo)研究的熱潮。

　　值得一提的是，在此之前，世界上一切超導(dǎo)研究都必須采用昂貴并難以使用的液氦進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，才能讓超導(dǎo)體達(dá)到轉(zhuǎn)變溫度，這些因素對(duì)超導(dǎo)研究形成了巨大的障礙。然而，趙忠賢團(tuán)隊(duì)則另辟蹊徑，使用便宜、好用的液氮來(lái)達(dá)到超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度的目的，這一方法為超導(dǎo)研究開辟了一片嶄新的天地。趙忠賢因此在1987年獲得第三世界科學(xué)院物理獎(jiǎng)，成為了首次獲得這個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)的中國(guó)科學(xué)家，他所帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)也榮獲了1989年國(guó)家自然科學(xué)一等獎(jiǎng)。

　　事實(shí)上，除了傳統(tǒng)的金屬、合金超導(dǎo)體和銅氧化物超導(dǎo)體外，人們還在其他許多材料中發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)電性，例如超晶格超導(dǎo)體、有機(jī)超導(dǎo)體、磁性超導(dǎo)體、多帶超導(dǎo)體等；在其他金屬氧化物如鈦氧化物、鈮氧化物、釕氧化物、鈷氧化物等材料中同樣發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)電性，只是這些超導(dǎo)體的臨界溫度不如銅氧化物高，但是在這些超導(dǎo)體中發(fā)現(xiàn)豐富而奇異的物理性質(zhì)同樣引起許多科學(xué)家的興趣。

　　經(jīng)過(guò)數(shù)十年的努力，銅氧化物高溫超導(dǎo)材料的質(zhì)量和性能在不斷地提高，與此同時(shí)，為了研究它的物理性質(zhì)，許多實(shí)驗(yàn)手段本身也取得了顯著進(jìn)步，并觀察到了許多新奇的物理現(xiàn)象。

　　但令人頗感失望的是，人們發(fā)現(xiàn)銅氧化物高溫超導(dǎo)體很難得以大規(guī)模應(yīng)用。因?yàn)檫@類材料本身屬于陶瓷材料，在柔韌性和延展性上都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如金屬材料，在材料機(jī)械加工等許多方面存在著嚴(yán)重的困難；更重要的是，銅氧化物高溫超導(dǎo)體可以負(fù)載的最大電流相對(duì)較低，這也就導(dǎo)致它暫時(shí)還沒(méi)有辦法在一些需要高電流、強(qiáng)磁場(chǎng)的領(lǐng)域應(yīng)用。

　　另外，盡管應(yīng)用銅氧化物高溫超導(dǎo)體在高敏感磁信號(hào)探測(cè)和微波通訊等方面已經(jīng)取得了不小的進(jìn)步，但作為超導(dǎo)最直接的應(yīng)用——超導(dǎo)輸電線、超導(dǎo)強(qiáng)磁體和超導(dǎo)磁懸浮等方面，銅氧化物材料仍然不是首選。為了驗(yàn)證對(duì)銅氧化物超導(dǎo)問(wèn)題的理解和認(rèn)識(shí)，并進(jìn)一步推動(dòng)高溫超導(dǎo)應(yīng)用的前進(jìn)，人們希望找到其他可以和銅氧化物的臨界溫度相媲美，甚至更高的超導(dǎo)材料，使超導(dǎo)技術(shù)走向大規(guī)模應(yīng)用。



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