什么是超導(dǎo)體,？

1911年,，荷蘭萊頓大學(xué)的卡茂林-昂尼斯意外地發(fā)現(xiàn),，將汞冷卻到-268.98℃時(shí)，汞的電阻突然消失,；后來(lái)他又發(fā)現(xiàn)許多金屬和合金都具有與上述汞相類似的低溫下失去電阻的特性,，由于它的特殊導(dǎo)電性能，卡茂林-昂尼斯稱之為超導(dǎo)態(tài),?？钟捎谒倪@一發(fā)現(xiàn)獲得了1913年諾貝爾獎(jiǎng)。在他之后，人們開(kāi)始把處于超導(dǎo)狀態(tài)的導(dǎo)體稱之為“超導(dǎo)體”,。

超導(dǎo)體的特性

1.抗磁性

在一個(gè)淺平的錫盤(pán)中，放入一個(gè)體積很小磁性很強(qiáng)的永久磁鐵,，然后把溫度降低,，使錫出現(xiàn)超導(dǎo)性。這時(shí)可以看到,，小磁鐵竟然離開(kāi)錫盤(pán)表面,，飄然升起，與錫盤(pán)保持一定距離后,，便懸空不動(dòng)了,。這是由于超導(dǎo)體的完全抗磁性，使小磁鐵的磁力線無(wú)法穿透超導(dǎo)體,，磁場(chǎng)發(fā)生畸變,，便產(chǎn)生了一個(gè)向上的浮力。這就是超導(dǎo)體的抗磁現(xiàn)象有被稱為：邁斯納效應(yīng)

2.零電阻現(xiàn)象

在較高的溫度時(shí)是導(dǎo)體或半導(dǎo)體,，甚至是絕緣體，可是當(dāng)溫度降到某一特定值Tc時(shí),，它的直流電阻突然下降為零的這一現(xiàn)象,。

3.瑟夫遜效應(yīng)

在線形量子力學(xué)中,，由于電子等微觀粒子具有波粒二象性,，當(dāng)兩塊金屬被一層厚度為幾十至幾百A的絕緣介質(zhì)隔開(kāi)時(shí)，電子等都可穿越勢(shì)壘而運(yùn)動(dòng),。加電壓后,，可形成隧道電流，這種現(xiàn)象稱為隧道效應(yīng),。 若把上述裝置中的兩塊金屬換成超導(dǎo)體后,，當(dāng)其介質(zhì)層厚度減少到30A左右時(shí)，由超導(dǎo)電子對(duì)的長(zhǎng)程相干效應(yīng)也會(huì)產(chǎn)生隧道效應(yīng),，稱為約瑟夫遜效應(yīng),。

超導(dǎo)的分類

通過(guò)材料對(duì)于磁場(chǎng)的相應(yīng)可以把它們分為第一類超導(dǎo)和第二類超導(dǎo)對(duì)于第一類超導(dǎo)體只存在一個(gè)單一的臨界磁場(chǎng)，超過(guò)臨界磁場(chǎng)的時(shí)候,，超導(dǎo)性消失,；對(duì)于第二類超導(dǎo)體，他們有兩個(gè)臨界磁場(chǎng)值,，在兩個(gè)臨界值之間,，材料允許部分磁場(chǎng)穿透材料,。

通過(guò)解釋的理論不同可以把它們分為：傳統(tǒng)超導(dǎo)體和非傳統(tǒng)超導(dǎo)體。

通過(guò)材料達(dá)到超導(dǎo)的臨界溫度可以把它們分為高溫超導(dǎo)體和低溫超導(dǎo)體,。

超導(dǎo)體的應(yīng)用

超導(dǎo)體可以有非常大的用途,，這也是各國(guó)科學(xué)家努力研究超導(dǎo)的重要原因。用超導(dǎo)體輸送電能可以大大減少消耗,，用高溫超導(dǎo)體材料加工的電纜,，其載流能力是常用銅絲的1200倍；利用超導(dǎo)體可以形成強(qiáng)大的磁場(chǎng),，可以用來(lái)制造粒子加速器等,，如用于磁懸浮列車，列車時(shí)速可達(dá)500千米,；利用超導(dǎo)體對(duì)溫度非常敏感的性質(zhì)可以制造靈敏的溫度探測(cè)器,。超導(dǎo)材料最誘人的應(yīng)用是發(fā)電、輸電和儲(chǔ)能,。由于超導(dǎo)材料在超導(dǎo)狀態(tài)下具有零電阻和完全的抗磁性,，因此只需消耗極少的電能，就可以獲得10萬(wàn)高斯以上的穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng),。而用常規(guī)導(dǎo)體做磁體,，要產(chǎn)生這么大的磁場(chǎng)，需要消耗3.5兆瓦的電能及大量的冷卻水,，投資巨大,。超導(dǎo)磁體可用于制作交流超導(dǎo)發(fā) 電機(jī)、磁流體發(fā)電機(jī)和超導(dǎo)輸電線路等,。

人們現(xiàn)在正不斷地尋找新的超導(dǎo)體,，其主要方向就是尋找能在較高溫度下存在的超導(dǎo)體材料，即“高溫超導(dǎo)體”(這里的高溫是相對(duì)而言的),。20世紀(jì)80年代末,，世界上掀起了尋找高溫超導(dǎo)體的熱潮，1986年出現(xiàn)氧化物超導(dǎo)體,，其臨界溫度超過(guò)了125K,，在這個(gè)溫度區(qū)上，超導(dǎo)體可以用廉價(jià)而豐富的液氮來(lái)冷卻,。此后,，科學(xué)家們不懈努力，在高壓狀態(tài)下把臨界溫度提高到了164K(-109℃),。1998年中國(guó)科學(xué)家研制成功了第一根鉍系高溫超導(dǎo)輸電電纜。這一成功極大地推進(jìn)了中國(guó)高溫超導(dǎo)技術(shù)的實(shí)用化進(jìn)程,。高溫超導(dǎo)材料的用途非常廣闊,，大致可分為三類：大電流應(yīng)用（強(qiáng)電應(yīng)用）,、電子學(xué)應(yīng)用（弱電應(yīng)用）和抗磁性應(yīng)用。大電流應(yīng)用即前述的超導(dǎo)發(fā)電,、輸電和儲(chǔ)能,；電子學(xué)應(yīng)用包括超導(dǎo)計(jì)算機(jī)、超導(dǎo)天線,、超導(dǎo)微波器件等,；抗磁性主要應(yīng)用于磁懸浮列車和熱核聚變反應(yīng)堆等。

超導(dǎo)發(fā)電

一種超導(dǎo)電磁流發(fā)電裝置,，是由一組直流線圈和輸出接線端與多組交流線圈和輸出接線端構(gòu)成的內(nèi)口為方型或其它形狀中空的線圈組與插在中空腔內(nèi)的截面為方型或其它形狀的長(zhǎng)條型超導(dǎo)磁體構(gòu)成。

超導(dǎo)輸電

在傳輸過(guò)程中電能由于導(dǎo)線的電阻產(chǎn)生的損耗,，由于傳統(tǒng)的導(dǎo)線的限制，為了達(dá)到輸電量的要求,，所需要的設(shè)備設(shè)施,，產(chǎn)生的建造費(fèi)用。而超導(dǎo)體的零電阻特性,，減少傳輸過(guò)程中的損耗,。

磁懸浮

由于超導(dǎo)體具有完全抗磁性，在車廂底部裝備的超導(dǎo)線圈,，路軌上沿途安放金屬環(huán),，就構(gòu)成懸浮列車。當(dāng)列車啟動(dòng)時(shí),，由于金屬環(huán)切割磁力線,，將產(chǎn)生與超導(dǎo)磁場(chǎng)方向相反的感生磁場(chǎng)。根據(jù)同性相斥原理,，列車受到向上推力而懸浮,。

核聚變反應(yīng)堆“磁封閉體”

核聚變反應(yīng)堆“磁封閉體”：核聚變反應(yīng)時(shí),，內(nèi)部溫度高達(dá)1億度~2億度,，沒(méi)有任何常規(guī)材料可以包容這些物質(zhì)。而超導(dǎo)體產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)可以作為“磁封閉體”,，將熱核反應(yīng)堆中的超高溫等離子體包圍,、約束起來(lái)，然后慢慢釋放,，從而使受控核聚變能源成為21世紀(jì)應(yīng)用前景最廣闊的新能源,。

超導(dǎo)體超級(jí)計(jì)算機(jī)

高速計(jì)算機(jī)要求集成電路芯片上的元件和連接線密集排列，但密集排列的電路在工作時(shí)會(huì)發(fā)生大量的熱,，而散熱是超大規(guī)模集成電路面臨的難題,。

超導(dǎo)體計(jì)算機(jī)中的超大規(guī)模集成電路中各個(gè)元件之間的互連線用接近零電阻和超微發(fā)熱的超導(dǎo)器件來(lái)制作，不存在散熱問(wèn)題,，可以提高計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度,。