⑴ 超導現象還沒有被廣泛用於實際的原因是什麼
超導是某些金屬或合金在低溫條件下出現的一種奇妙現象，是由荷蘭的物理學家卡麥林·昂納斯最先發現的。
1908年，昂納斯（1853—1926年）成功地液化了地球上最後一個「永久氣體」——氦氣，得到了接近絕對零度（0k＝-273.15℃）的低溫：4.25k～1.15k。之後，他把目標轉向了「極低溫下金屬電阻隨溫度變化規律的研究」。昂納斯先是用鉑絲，接著用純度更高的水銀做實驗，他吃驚的發現水銀在溫度降至氦的沸點即4.2k時（相當於-269℃），電阻竟意外地消失了。起初昂納斯還以為是線路出現了故障，幾經測定，最後他確信，水銀在4.2k下會產生一種新的導電特性——「零電阻性』或「超導電性」。1911年4月28日，昂納斯公布了這一發現，並在隨後幾篇論文中明確指出，某些材料在一定溫度下能進入一種電阻為零的新物態。他將這種新物態命名為「超導態」，同時把具有從正常態（電阻不為零）轉變為超導態能力的材料稱作「超導體」，把能使超導體從正常導電狀態變為超導電狀態時的轉變溫度稱為「臨界溫度」。他進一步用鉛環做實驗，當鉛變為超導態時，九百安培的電流在鉛環中流動不止，兩年半以後毫無衰減。
昂納斯的這一發現轟動了全世界的科學家，大家紛紛實驗，並且想要揭開超導的奧秘，因為只有了解了超導現象的微觀機理，才能使超導為人類作出更大的貢獻。
現在，科學家已發現有上千種元素和化合物在低溫下可以轉化為超導態。對所謂「零電阻性」也已有共識：超導體即使有電阻，它的電阻率必然小於10-26「歐·米，而且只對直流電適用，若給超導體通入交流電，它仍會出現類似於常規電阻的「交流損耗」。從這個意義上講，超導體似乎可以說是一種直流理想導體。
⑵ 現在真的有超導體了嗎什麼金屬材料貴嗎
超導物質，如鈦、鋅、鉈、鉛、汞，當溫度降至臨界溫度（超導轉變溫度）時，出現0電阻 完全抗磁性的現象 所以沒有特定的金屬 只要溫度夠低 就能超導
⑶ 高溫超導體和傳統超導體有什麼不同
摘要：超導技術是21世紀具有戰略意義的綜合性高新技術，可廣泛用於能源、信息、醫療、交通、國防、科學研究及國防軍工等重大工程方面。[1]本文簡要地回顧了高溫超導材料的產生和制備以及新興超導體的研究進展，並有選擇性地重點介紹了一些比較成熟的超導體應用。
關鍵詞：超導技術 高溫超導材料 MgB2 釔鋇銅氧復合物 YBCO
一、超導技術的產生與發展
超導技術作為節能的一項新技術及其所具備的環保特性將成為二十一世紀的核心技術。它的發展經歷了三個階段：
1、第一階段是人們對於超導電性的基本認識、探索以及BCS理論的問世。
1911年，Onnes發現Hg的電阻在4.15K時突降到當時的儀器精度已無法測出的程度，即Hg在一確定的臨界溫度Tc＝4.15K以下將喪失其電阻。隨後，人們在Pb及其它材料中也發現這種特性：在滿足臨界條件(臨界溫度Tc、臨界電流Ic、I臨界磁場Hc)時物質的電阻突然消失，即為超導電性的零電阻現象。超導體的另一個基本特性是完全抗磁性。也就是說超導體在處於超導狀態時，可以完全排除磁力線的進入。[2]這個現象是邁斯納（Meissner）和奧克森費爾德（Oschenfeld）在1933年發現的，所以稱做邁斯納效應。這就是超導體的兩個基本特性。1954年貝爾實驗室的B．T．Matthias研究組發現了Nb3Sn合金超導材料，使60年代出現了超導的黎明期，但是它需要在很低的溫度下（液氦中）才顯現超導性。
2、第二階段從1958到1986年高溫氧化物U—Ba—Cu—0被發現之前，這是人類對超導應用技術准備性的探索階段，於實驗室規模上許多國家大力嘗試了超導的應用； 1961年J．J.E.Kunzler用過量錫的銀、錫混合粉末充填到銀管中加工成線材，經熱處理後在4.2K，8.8T下Ic達1.5×105A/cm2。此後很長一段時間Tc=23.3K的Nb3Ge被看作是極限值了。
3、第三階段是1986年發現高溫銅氧化物，揭開了人類對超導技術開發的序幕。蘇黎世科學家J.G.Bendnorz等人在1986年發現的鑭銀銅復合氧化物達到30K，突破了傳統的BCS理論引起了世界范圍的巨大反響。[3]人們又開始尋找更高臨界溫度的超導材料。隨後1987年美國休斯敦大學的朱經武等發現釔鋇銅氧復合氧化物（YBCO）超導臨界溫度（Tc=93K）超過液氮溫度（b.p=77K），引起了世界轟動；因為以前實際應用的超導體大多是使用液氦作為冷卻劑，液氦的價格很高，這就阻礙了超導技術的應用。而液氮很廉價且容易得到（是氧氣制備的副產物）。[4]1988年又有超導轉變溫度分別為110K和125K的鉍-鍶-鈣-銅-氧和鉈-鋇-鈣-銅-氧超導體被發現。1993年，人們發現了超導臨界轉變溫度為133K的汞-鋇-鈣-銅-氧。
二、超導高溫銅氧化物（YBCO）和二硼化鎂（MgB2）的制備與性能
1、現在高溫銅氧化物已經是目前研究較多的超導材料，在研究其超導性的同時人們對超導體的制備和加工進行了詳細的研究。國外內的研究表明要製得高性能的YBCO，就必須先制備YBCO 納米粉末獲得100 nm左右的超細粉, 這將大大提高YBCO 材料的分散度和均勻性, 從本質上提高YBCO 材料的性能。[4]
YBCO 粉末的制備方法有Sol—Gel 、化學熱解法。將Y2O3 (99. 99 %) , BaCO3 (99. 9 %) , CuO(99. 9 %)等混合在輔料的參與下燒結成型使金屬達到離子級混合, 燃燒後的氧化物形成均勻的單相，生成顆粒均勻的粉末。這種方法重復性好, 是目前比較簡單又有效的制備YBCO 納米粉技術，然後將納米粉末壓製成型即可得初步的超導體。但YBCO有其自身的缺點：構成氧化物高溫超導體的化學元素昂貴，合成的超導材料脆性大，難以加工成線材，使其應用受到極大的局限。
2、應運而生的另一種新型的高溫超導材料是二硼化鎂。[5]2001年日本青山學院(Aoyama Gakuin) 秋光純教授(Jun Akimitsu) 在日本仙台召開的「過渡金屬氧化物」學術會議上宣布發現了MgB2的高溫超導性能,其臨界溫度Tc = 39 K, 從而轟動了整個超導材料界和凝聚態物理界，又掀起了研究簡單化合物超導特性的熱潮。它是一種簡單的二元化合物，屬六方晶系、AlB2 型簡單六方結構。秋光純教授就是將純度為99.19 %的鎂粉與純度為99 %的無定形硼粉按1∶2的比例混合，壓製成小球後在高壓氮氣中加熱反應得到MgB2。也可以利用鈦和硼的燃燒反應熱引發鎂(b.p.650℃)與硼(b.p.2080℃)的燃燒合成反應，在真空中於極短時間內生成MgB2，從而最大程度地抑制了鎂的氧化和蒸發，使得MgB2超導材料的生成過程簡易化。鎂與硼的組成比大致穩定化，並可望提高該材料的超導性能，利用這種方法生產MgB2超導材料的耗時短，可望進一步降低成本。[6]
MgB2是迄今發現的臨界溫度最高的簡單、穩定的金屬化合物超導材料,也是一種更有希望實用化的超導材料。對二硼化鎂超導體性質的研究進展非常迅速，對二硼化鎂超導體機理的認識也不斷深化。
理論計算表明，在二硼化鎂中有不只一個能帶跨越費米面，而且電聲耦合所造成的費米面失穩完全可能在兩個能帶的費米面處產生能隙，這一點是二硼化鎂超導體與傳統超導體非常不同之處。首先，MgB2超導體在20 K左右的溫度和在8萬倍於地球磁場的情況下可以承載很大的超導電流而且能耗極低。其次，二硼化鎂材料的價格很低，而且遠比陶瓷特性的氧化物高溫超導體容易加工成型。還有二硼化鎂基超導材料的最大特徵是：易合成，易加工，具有較好的應用前景。與氧化物高溫超導體不同，二硼化鎂基超導材料容易製成薄膜或線材。
三、超導體的應用
以上簡要介紹了兩種重要的超導材料——YBCO和MgB2[7]的制備方法和性能。它們在很多領域已經有了應用，如用超導材料做成磁性極強的超導磁鐵、超導體產生的磁場來研究生物體內的結構及用於對人的各種復雜疾病的治療等。在實用方面，美、日、中等國都不遺餘力地開展這方面研究並取得明顯成效，現已進入實用化的應用開發研究階段。
1、超導磁鐵磁性的應用[8]
超導磁懸浮列車是超導技術應用最為成功的例子。和常導型磁懸浮列車比較，低溫超導型磁懸浮列車有許多優點，其一，超導體可以流過很大的電流，超導磁體的磁場要比常規電磁體的強；其二，超導體幾乎沒有電阻，損耗極小。一次通入電流用以勵磁之後，即可去掉電源，只需維持其低溫工作環境以保證它不失超。從長期使用的角度來看，超導磁體的能耗小、成本低，是一種理想的磁體。超導磁體由於其零電阻的特性，在處於超導狀態時幾乎不產生熱，因此在不失超的情況下，通過超導磁體的電流可以很大而又不產生能量消耗，實現強磁場低能耗的要求；其三，重量輕，體積小、污染小、爬坡能力強。
超導磁鐵另一重要應用是在核聚變反應堆" 磁封閉體"。[9]核聚變反應時，內部溫度高達1億～2億℃，沒有任何常規材料可以包容這些物質。而超導體產生的強磁場可以作為"磁封閉體"，將熱核反應堆中的超高溫等離子體包圍、約束起來，然後慢慢釋放，從而使受控核聚變能源成為本世紀前景廣闊的新能源。
2、超導計算機[10]
用超導隧道效應製成的約瑟夫遜器件進行各種高精密儀器的製作成為可能。目前的計算機大多採用半導體技術，硅集成電路技術起了很大的作用，如英特爾和AMD的處理器採用高純硅。但要想繼續提高計算機的性能和計算速度，能量消耗是一個限制因素，若在硅集成電路中提高計算速度，必然造成晶元的發熱，這些熱量會對半導體材料產生不良影響。[10]
超導隧道結（又稱約瑟夫遜器件）可以解決這一矛盾。在超導體中，表達有零電壓和非零電壓兩種狀態只需要10-10 秒，這樣可使計算機運算速度提高一個數量級以上。這樣超導計算機在無阻不發熱的情況下高效率運行，其運行速度可達到每秒幾十億次。其次它的輸出電壓高，這意味著它輸出的信號強，這一點可以獲得更加穩定、更加清晰的圖象與數據，使目前使用的電腦在圖象質量、清晰度及穩定性方面相形見絀。還有超導計算機功率損耗小，估計一次快速開關期間消耗的能量小於10-13 焦耳，這樣使計算機內部幾乎不發熱，這一點對提高計算機的穩定性和延長計算機芯的壽命都非常重要。可以想像在本世紀，誰先研製出超導技術計算機，誰將主宰計算機行業乃至世界經濟。
3、超導在軍事領域的應用
用超導高溫銅氧化物做成的超導磁場計可分辨10-14 -10-15 特斯拉如此微弱的磁場。它的測量精度比其它普通電磁儀器高3- 4個數量級，因此它可以測量極弱的磁場及磁場的微小的變化，可以用它來測量地雷和水雷，使測量的准確性大大提高。另外，我們在水雷上可安裝超導磁強計作為追蹤器。軍事上把這種水雷稱為超導磁性水雷，它的命中率將遠遠高於其它水雷。在國防上也可以用超導磁強計來探測沿海的各種船隻，特別是潛艇的動向，當潛艇靠近海岸時，破壞了地磁分布，這時超導磁強計可立即顯示磁場的變化，這個反潛方法比其它方法准確得多，一是測量精度高，二是這種方法是被動的 ，它能發現潛艇而潛艇不能發現它。
現在美、英等國已將性能優越的超導電機作為艦船電力推動的理想動力設備，分別投入了大量的精力進行開發研究，成功進行了2200KW和1000KW超導單機直流電推進系統的實船試驗，同時進行了30MW和50MW的大容量超導單機在大型驅逐艦和破冰船上詳細設計。超導體應用於艦船，最大的優點是大幅度提高功率密度減小電機重量，減小動力設備所佔空間可以用來多放置其他戰斗設備，提高戰斗的機動性和能力。[11]另外超導電機發出的電壓不含諧波，不會被其他船隻或潛艇發覺。
超導材料在其他方面還有很廣泛的應用，如超導儲能磁體的開發與應用、帶有超導磁體的同步加速器、超導核磁共振層析成像儀等。
四、總結
2001年世界銀行的國際超導工業峰會上預測，到2020年世界超導產品的銷售總額將達2440億美元。超導材料如果能夠進一步在常溫實現突破，那麼它所帶來的影響不亞於另一場工業革命。[12]無機化學現在面臨的一個任務就是尋求常溫超導體，在常溫下實現超導。有理由相信在未來的幾十年裡，超導材料不僅是解決能源危機的重要手段，使可控核聚變成為新的干凈的能源同時極大地減少原來因導體的電阻而損失的電能。[13]同時超導材料是新型技術、新興學科產生和發展的平台。可以說，超導體將會深刻地影響和改變我們生活。
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⑸ 為什麼會有超導材料,超導材料產生的根本原因是什麼
超導材料(卷名：電工)
superconcting material
具有在一定的低溫條件下呈現出電阻等於零以及排斥磁力線的性質的材料。現已發現有28種元素和幾千種合金和化合物可以成為超導體。
特性 超導材料和常規導電材料的性能有很大的不同。主要有以下性能。①零電阻性：超導材料處於超導態時電阻為零，能夠無損耗地傳輸電能。如果用磁場在超導環中引發感生電流，這一電流可以毫不衰減地維持下去。這種「持續電流」已多次在實驗中觀察到。②完全抗磁性：超導材料處於超導態時，只要外加磁場不超過一定值，磁力線不能透入，超導材料內的磁場恆為零。③約瑟夫森效應：兩超導材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，而絕緣層兩側沒有電壓，即絕緣層也成了超導體。當電流超過一定值後，絕緣層兩側出現電壓U（也可加一電壓U），同時，直流電流變成高頻交流電，並向外輻射電磁波，其頻率為，其中h為普朗克常數，e為電子電荷。這些特性構成了超導材料在科學技術領域越來越引人注目的各類應用的依據。
基本臨界參量 有以下 3個基本臨界參量。①臨界溫度:外磁場為零時超導材料由正常態轉變為超導態(或相反)的溫度，以Tc表示。Tc值因材料不同而異。已測得超導材料的最低Tc是鎢，為0.012K。到1987年，臨界溫度最高值已提高到100K左右。②臨界磁場：使超導材料的超導態破壞而轉變到正常態所需的磁場強度，以Hc表示。Hc與溫度T 的關系為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：通過超導材料的電流達到一定數值時也會使超導態破態而轉變為正常態，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。
超導材料的這些參量限定了應用材料的條件，因而尋找高參量的新型超導材料成了人們研究的重要課題。以Tc為例，從1911年荷蘭物理學家H.開默林－昂內斯發現超導電性(Hg，Tc=4.2K)起，直到1986年以前，人們發現的最高的 Tc才達到23.2K(Nb3Ge，1973)。1986年瑞士物理學家K.A.米勒和聯邦德國物理學家J.G.貝德諾爾茨發現了氧化物陶瓷材料的超導電性，從而將Tc提高到35K。之後僅一年時間，新材料的Tc已提高到100K左右。這種突破為超導材料的應用開辟了廣闊的前景，米勒和貝德諾爾茨也因此榮獲1987年諾貝爾物理學獎金。
分類 超導材料按其化學成分可分為元素材料、合金材料、化合物材料和超導陶瓷。①超導元素：在常壓下有28種元素具超導電性，其中鈮（Nb）的Tc最高，為9.26K。電工中實際應用的主要是鈮和鉛(Pb，Tc=7.201K)，已用於製造超導交流電力電纜、高Q值諧振腔等。② 合金材料： 超導元素加入某些其他元素作合金成分， 可以使超導材料的全部性能提高。如最先應用的鈮鋯合金(Nb-75Zr)，其Tc為10.8K，Hc為8.7特。繼後發展了鈮鈦合金，雖然Tc稍低了些，但Hc高得多，在給定磁場能承載更大電流。其性能是Nb-33Ti，Tc=9.3K，Hc＝11.0特；Nb-60Ti，Tc=9.3K，Hc=12特(4.2K)。目前鈮鈦合金是用於7～8特磁場下的主要超導磁體材料。鈮鈦合金再加入鉭的三元合金，性能進一步提高，Nb-60Ti-4Ta的性能是，Tc＝9.9K，Hc=12.4特（4.2K）；Nb-70Ti-5Ta的性能是，Tc=9.8K，Hc=12.8特。③超導化合物:超導元素與其他元素化合常有很好的超導性能。如已大量使用的Nb3Sn，其Tc=18.1K，Hc=24.5特。其他重要的超導化合物還有V3Ga，Tc=16.8K，Hc=24特；Nb3Al，Tc=18.8K，Hc=30特。④超導陶瓷：20世紀80年代初，米勒和貝德諾爾茨開始注意到某些氧化物陶瓷材料可能有超導電性，他們的小組對一些材料進行了試驗，於1986年在鑭－鋇－銅－氧化物中發現了Tc=35K的超導電性。1987年，中國、美國、日本等國科學家在鋇－釔－銅氧化物中發現Tc處於液氮溫區有超導電性，使超導陶瓷成為極有發展前景的超導材料。
應用 超導材料具有的優異特性使它從被發現之日起，就向人類展示了誘人的應用前景。但要實際應用超導材料又受到一系列因素的制約，這首先是它的臨界參量，其次還有材料製作的工藝等問題（例如脆性的超導陶瓷如何製成柔細的線材就有一系列工藝問題）。到80年代，超導材料的應用主要有：①利用材料的超導電性可製作磁體，應用於電機、高能粒子加速器、磁懸浮運輸、受控熱核反應、儲能等；可製作電力電纜，用於大容量輸電（功率可達10000MVA）；可製作通信電纜和天線，其性能優於常規材料。②利用材料的完全抗磁性可製作無摩擦陀螺儀和軸承。③利用約瑟夫森效應可製作一系列精密測量儀表以及輻射探測器、微波發生器、邏輯元件等。利用約瑟夫森結作計算機的邏輯和存儲元件，其運算速度比高性能集成電路的快10～20倍，功耗只有四分之一。
1911年，荷蘭物理學家昂尼斯(1853～1926)發現，水銀的電阻率並不象預料的那樣隨溫度降低逐漸減小，而是當溫度降到4.15K附近時，水銀的電阻突然降到零。某些金屬、合金和化合物，在溫度降到絕對零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象叫做超導現象，能夠發生超導現象的物質叫做超導體。超導體由正常態轉變為超導態的溫度稱為這種物質的轉變溫度(或臨界溫度)TC。現已發現大多數金屬元素以及數以千計的合金、化合物都在不同條件下顯示出超導性。如鎢的轉變溫度為0.012K，鋅為0.75K，鋁為1.196K，鉛為7.193K。
超導體得天獨厚的特性，使它可能在各種領域得到廣泛的應用。但由於早期的超導體存在於液氦極低溫度條件下，極大地限制了超導材料的應用。人們一直在探索高溫超導體，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，高溫超導體的研究取得了重大的突破。掀起了以研究金屬氧化物陶瓷材料為對象，以尋找高臨界溫度超導體為目標的「超導熱」。全世界有260多個實驗小組參加了這場競賽。
1986年1月，美國國際商用機器公司設在瑞士蘇黎世實驗室科學家柏諾茲和繆勒首先發現鋇鑭銅氧化物是高溫超導體，將超導溫度提高到30K；緊接著，日本東京大學工學部又將超導溫度提高到37K；12月30日，美國休斯敦大學宣布，美籍華裔科學家朱經武又將超導溫度提高到40．2K。
1987年1月初，日本川崎國立分子研究所將超導溫度提高到43K；不久日本綜合電子研究所又將超導溫度提高到46K和53K。中國科學院物理研究所由趙忠賢、陳立泉領導的研究組，獲得了48．6K的鍶鑭銅氧系超導體，並看到這類物質有在70K發生轉變的跡象。2月15日美國報道朱經武、吳茂昆獲得了98K超導體。2月20日，中國也宣布發現100K以上超導體。3月3日，日本宣布發現123K超導體。3月12日中國北京大學成功地用液氮進行超導磁懸浮實驗。3月27日美國華裔科學家又發現在氧化物超導材料中有轉變溫度為240K的超導跡象。很快日本鹿兒島大學工學部發現由鑭、鍶、銅、氧組成的陶瓷材料在14℃溫度下存在超導跡象。高溫超導體的巨大突破，以液態氮代替液態氦作超導製冷劑獲得超導體，使超導技術走向大規模開發應用。氮是空氣的主要成分，液氮製冷機的效率比液氦至少高10倍，所以液氮的價格實際僅相當於液氦的1／100。液氮製冷設備簡單，因此，現有的高溫超導體雖然還必須用液氮冷卻，但卻被認為是20世紀科學上最偉大的發現之一。
超導科學研究
1.非常規超導體磁通動力學和超導機理
主要研究混合態區域的磁通線運動的機理，不可逆線性質、起因及其與磁場和溫度的關系，臨界電流密度與磁場和溫度的依賴關系及各向異性。超導機理研究側重於研究正常態在強磁場下的磁阻、霍爾效應、漲落效應、費米面的性質以及T<Tc時用強磁場破壞超導達到正常態時的輸運性質等。對有望表現出高溫超導電性的體系象有機超導體等以及在強電方面具有廣闊應用前景的低溫超導體等，也將開展其在強磁場下的性質研究。
2.強磁場下的低維凝聚態特性研究
低維性使得低維體系表現出三維體系所沒有的特性。低維不穩定性導致了多種有序相。強磁場是揭示低維凝聚態特性的有效手段。主要研究內容包括：有機鐵磁性的結構和來源；有機（包括富勒烯）超導體的機理和磁性；強磁場下二維電子氣中非線性元激發的特異屬性；低維磁性材料的相變和磁相互作用；有機導體在磁場中的輸運和載流子特性；磁場中的能帶結構和費米面特徵等。
3.強磁場下的半導體材料的光、電等特性
強磁場技術對半導體科學的發展愈益變得重要，因為在各種物理因素中，外磁場是唯一在保持晶體結構不變的情況下改變動量空間對稱性的物理因素，因而在半導體能帶結構研究以及元激發及其互作用研究中，磁場有著特別重要的作用。通過對強磁場下半導體材料的光、電等特性開展實驗研究，可進一步理解和把握半導體的光學、電學等物理性質，從而為製造具有各種功能的半導體器件並發展高科技作基礎性探索。
4.強磁場下極微細尺度中的物理問題
極微細尺度體系中出現許多常規材料不具備的新現象和奇異特性，這與這類材料的微結構特別是電子結構密切相關。強磁場為研究極微細尺度體系的電子態和輸運特性提供強有力的手段，不但能進一步揭示這類材料在常規條件下難以出現的奇異現象，而且為在更深層次下認識其物理特性提供豐富的科學信息。主要研究強磁場下極微細尺度金屬、半導體等的電子輸運、電子局域和關聯特性；量子尺寸效應、量子限域效應、小尺寸效應和表面、界面效應；以及極微細尺度氧化物、碳化物和氮化物的光學特性及能隙精細結構等。
5.強磁場化學
強磁場對化學反應電子自旋和核自旋的作用，可導致相應化學鍵的鬆弛，造成新鍵生成的有利條件，誘發一般條件下無法實現的物理化學變化，獲得原來無法制備的新材料和新化合物。強磁場化學是應用基礎性很強的新領域，有一系列理論課題和廣泛應用前景。近期可開展水和有機溶劑的磁化及機理研究以及強磁場誘發新化學反應研究等。
6.磁場下的生物學、生物－醫學研究等
磁體科學和技術
強磁場的價值在於對物理學知識有重要貢獻。八十年代的一個概念上的重要進展是量子霍爾效應和分數量子霍耳效應的發現。這是在強磁場下研究二維電子氣的輸運現象時發現的（獲85年諾貝爾獎）。量子霍爾效應和分數量子霍爾效應的發現激起物理學家探索其起源的熱情，並在建立電阻的自然基準，精確測定基本物理常數e，h和精細結構常數(＝e2/h(0c等應用方面，已顯示巨大意義。高溫超導電性機理的最終揭示在很大程度上也將依賴於人們在強磁場下對高溫超導體性能的探索。
熟悉物理學史的人都清楚，由固體物理學演化為凝聚態物理學，其重要標志就在於其研究對象的日益擴大，從周期結構延伸到非周期結構，從三維晶體拓寬到低維和高維，乃至分數維體系。這些新對象展示了大量新的特性和物理現象，物理機理與傳統的也大不相同。這些新對象的產生以及對新效應、新現象的解釋使得凝聚態物理學得以不斷的豐富和發展。在此過程中，極端條件一直起著至關重要的作用，因為極端條件往往使得某些因素突出出來而同時抑制其它因素，從而使原本很復雜的過程變得較為簡單，有利於直接了解物理本質。
相對於其它極端條件，強磁場有其自身的特色。強磁場的作用是改變一個系統的物理狀態，即改變角動量（自旋）和帶電粒子的軌道運動，因此，也就改變了物理系統的狀態。正是在這點上，強磁場不同於物理學的其他一些比較昂貴的手段，如中子源和同步加速器，它們沒有改變所研究系統的物理狀態。磁場可以產生新的物理環境，並導致新的特性，而這種新的物理環境和新的物理特性在沒有磁場時是不存在的。低溫也能導致新的物理狀態，如超導電性和相變，但強磁場極不同於低溫，它比低溫更有效，這是因為磁場使帶電的和磁性粒子的遠動和能量量子化，並破壞時間反演對稱性，使它們具有更獨特的性質。
強磁場可以在保持晶體結構不變的情況下改變動量空間的對稱性，這對固體的能帶結構以及元激發及其互作用等研究是非常重要的。固體復雜的費米面結構正是利用強磁場使得電子和空穴在特定方向上的自由運動從而導致磁化和磁阻的振盪這一原理而得以證實的。固體中的費米面結構及特徵研究一直是凝聚態物理學領域中的前沿課題。當今凝聚態物理基礎研究的許多重大熱點都離不開強磁場這一極端條件，甚至很多是以強磁場下的研究作為基礎。如波色凝聚只發生在動量空間，要在實空間中觀察到此現象必需在非均勻的強磁場中才得以可能。又如高溫超導的機理問題、量子霍爾效應研究、納米材料和介觀物體中的物理問題、巨磁阻效應的物理起因、有機鐵磁性的結構和來源、有機（包括富勒烯〕超導體的機理和磁性、低維磁性材料的相變和磁相互作用、固體中的能帶結構和費米面特徵以及元激發及其互作用研究等等，強磁場下的研究工作將有助於對這些問題的正確認識和揭示，從而促進凝聚態物理學的進一步發展和完善。
帶電粒子象電子、離子等以及某些極性分子的運動在磁場特別是在強磁場中會產生根本性變化。因此，研究強磁場對化學反應過程、表面催化過程、材料特別是磁性材料的生成過程、生物效應以及液晶的生成過程等的影響，有可能取得新的發現，產生交叉學科的新課題。強磁場應用於材料科學為新的功能材料的開發另闢新徑，這方面的工作在國外備受重視，在國內也開始有所要求。高溫超導體也正是因為在未來的強電領域中蘊藏著不可估量的應用前景才引起科技界乃至各國政府的高度重視。因此，強磁場下的物理、化學等研究，無論是從基礎研究的角度還是從應用角度考慮都具有非常重要的科學和技術上的意義，通過這一研究，不僅有助於將當代的基礎性研究向更深層次開拓，而且還會對國民經濟的發展起著重要的推動作用。
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⑺ 超導體貴么
超導體是指在一定條件下電阻降為零的材料。一般需要在很低的溫度下才能實現，例如金屬氧化物超導體，往往需要攝氏零下二網路一下的低溫，維持低溫需要一定的費用，不菲。超導體目前只在實驗室存在。
⑻ 超導體是什麼意思
1911年，荷蘭科學家昂內斯(Ones)用液氦冷卻汞，當溫度下降到４.２K時,水銀的電阻完全消失，這種現象稱為超導電性，此溫度稱為臨界溫度。根據臨界溫度的不同，超導材料可以被分為：高溫超導材料和低溫超導材料。但這里所說的「高溫」，其實仍然是遠低於冰點攝氏0℃的，對一般人來說算是極低的溫度。1933年，邁斯納和奧克森菲爾德兩位科學家發現，如果把超導體放在磁場中冷卻，則在材料電阻消失的同時，磁感應線將從超導體中排出，不能通過超導體，這種現象稱為抗磁性。經過科學家們的努力，超導材料的磁電障礙已被跨越，下一個難關是突破溫度障礙，即尋求高溫超導材料。
1973年，發現超導合金――鈮鍺合金，其臨界超導溫度為23.2K，這一記錄保持了近13年。
1986年，設在瑞士蘇黎世的美國IBM公司的研究中心報道了一種氧化物（鑭鋇銅氧化物）具有35K的高溫超導性。此後，科學家們幾乎每隔幾天，就有新的研究成果出現。
1986年，美國貝爾實驗室研究的超導材料，其臨界超導溫度達到40K，液氫的「溫度壁壘」（40K）被跨越。
1987年，美國華裔科學家朱經武以及中國科學家趙忠賢相繼在釔－鋇－銅－氧系材料上把臨界超導溫度提高到90K以上，液氮的「溫度壁壘」（77K）也被突破了。1987年底，鉈－鋇－鈣－銅－氧系材料又把臨界超導溫度的記錄提高到125K。從1986－1987年的短短一年多的時間里，臨界超導溫度提高了近100K。
來自德國、法國和俄羅斯的科學家利用中子散射技術，在高溫超導體的一個成員單銅氧層Tl2Ba2CuO6＋δ中觀察到了所謂的磁共振模式，進一步證實了這種模式在高溫超導體中存在的一般性。該發現有助於對銅氧化物超導體機制的研究。
高溫超導體具有更高的超導轉變溫度（通常高於氮氣液化的溫度），有利於超導現象在工業界的廣泛利用。高溫超導體的發現迄今已有16年，而對其不同於常規超導體的許多特點及其微觀機制的研究，卻仍處於相當「初級」的階段。這一點不僅反映在沒有一個單一的理論能夠完全描述和解釋高溫超導體的特性，更反映在缺乏統一的、在各個不同體繫上普遍存在的「本徵」實驗現象。本期Science所報道的結果意味著中子散射領域里一個長期存在的困惑很有可能得到解決。
早在1991年，法國物理學家利用中子散射技術在雙銅氧層YBa2Cu3O6＋δ超導體單晶中發現了一個微弱的磁性信號。隨後的實驗證明，這種信號僅在超導體處於超導狀態時才顯著增強並被稱為磁共振模式。這個發現表明電子的自旋以某種合作的方式產生一種集體的有序運動，而這是常規超導體所不具有的。這種集體運動有可能參與了電子的配對，並對超導機制負責，其作用類似於常規超導體內引起電子配對的晶格振動。但是，在另一個超導體La2－xSrxCuO4＋δ（單銅氧層）中，卻無法觀察到同樣的現象。這使物理學家懷疑這種磁共振模式並非銅氧化物超導體的普遍現象。1999年，在Bi2Sr2CaCu2O8＋δ單晶上也觀察到了這種磁共振信號。但由於Bi2Sr2CaCu2O8＋δ與YBa2Cu3O6＋δ一樣，也具有雙銅氧層結構，關於磁共振模式是雙銅氧層的特殊表徵還是「普遍」現象的困惑並未得到徹底解決。
理想的候選者應該是典型的高溫超導晶體，結構盡可能簡單，只具有單銅氧層。困難在於，由於中子與物質的相互作用很弱，只有足夠大的晶體才可能進行中子散射實驗。隨著中子散射技術的成熟，對晶體尺寸的要求已降低到0.1厘米3的量級。晶體生長技術的進步，也使Tl2Ba2CuO6＋δ單晶體的尺寸進入毫米量級，而它正是一個理想的候選者。科學家把300個毫米量級的Tl2Ba2CuO6＋δ單晶以同一標准按晶體學取向排列在一起，構成一個「人造」單晶，「提前」達到了中子散射的要求。經過近兩個月散射譜的搜集與反復驗證，終於以確鑿的實驗數據顯示在這樣一個近乎理想的高溫超導單晶上也存在磁共振模式。這一結果說明磁共振模式是高溫超導的一個普遍現象。而La2－xSrxCuO4＋δ體繫上磁共振模式的缺席只是「普遍」現象的例外，這可能與其結構的特殊性有關。
關於磁共振模式及其與電子間相互作用的理論和實驗研究一直是高溫超導領域的熱點之一，上述結果將引起許多物理學家的關注與興趣。
20世紀80年代是超導電性的探索與研究的黃金年代。1981年合成了有機超導體，1986年繆勒和柏諾茲發現了一種成分為鋇、鑭、銅、氧的陶瓷性金屬氧化物LaBaCuO4，其臨界溫度約為35K。由於陶瓷性金屬氧化物通常是絕緣物質，因此這個發現的意義非常重大，繆勒和柏諾茲因此而榮獲了1987年度諾貝爾物理學獎。
1987年在超導材料的探索中又有新的突破，美國休斯頓大學物理學家朱經武小組與中國科學院物理研究所趙忠賢等人先後研製成臨界溫度約為90K的超導材料YBCO（釔鉍銅氧）。
1988年初日本研製成臨界溫度達110K的Bi-Sr-Ca-Cu-O超導體。至此，人類終於實現了液氮溫區超導體的夢想，實現了科學史上的重大突破。這類超導體由於其臨界溫度在液氮溫度（77K）以上，因此被稱為高溫超導體。
自從高溫超導材料發現以後，一陣超導熱席捲了全球。科學家還發現鉈系化合物超導材料的臨界溫度可達125K，汞系化合物超導材料的臨界溫度則高達135K。如果將汞置於高壓條件下，其臨界溫度將能達到難以置信的164K。
1997年，研究人員發現，金銦合金在接近絕對零度時既是超導體同時也是磁體。1999年科學家發現釕銅化合物在45K時具有超導電性。由於該化合物獨特的晶體結構，它在計算機數據存儲中的應用潛力將是非常巨大的。
自２００７年１２月開始，中國科學院物理研究所的陳根富博士已投入到鑭氧鐵砷非摻雜單晶體的制備中。2008年２月１８日，日本東京工業大學的細野秀雄教授和他的合作者在《美國化學會志》上發表了一篇兩頁的文章，指出氟摻雜鑭氧鐵砷化合物在零下２４７．１５攝氏度時即具有超導電性。在長期研究中保持著跨界關注習慣的陳根富和王楠林研究員立即捕捉到了這一消息的價值，王楠林小組迅速轉向製作摻雜樣品，他們在一周內實現了超導並測量了基本物理性質。
幾乎與此同時，物理所聞海虎研究組通過在鑭氧鐵砷材料中用二價金屬鍶替換三價的鑭，發現有臨界溫度為零下２４８.１５攝氏度以上的超導電性。
2008年３月２５日和３月２６日，中國科學技術大學陳仙輝組和物理所王楠林組分別獨立發現臨界溫度超過零下２３３．１５攝氏度的超導體，突破麥克米蘭極限，證實為非傳統超導。
2008年３月２９日，中國科學院院士、物理所研究員趙忠賢領導的小組通過氟摻雜的鐠氧鐵砷化合物的超導臨界溫度可達零下２２１．１５攝氏度，４月初該小組又發現無氟缺氧釤氧鐵砷化合物在壓力環境下合成超導臨界溫度可進一步提升至零下２１８．１５攝氏度。
為了證實（超導體）電阻為零，科學家將一個鉛制的圓環，放入溫度低於Tc=7.2K的空間，利用電磁感應使環內激發起感應電流。結果發現，環內電流能持續下去，從1954年3月16日始，到1956年9月5日止，在兩年半的時間內的電流一直沒有衰減，這說明圓環內的電能沒有損失，當溫度升到高於Tc時，圓環由超導狀態變正常態，材料的電阻驟然增大，感應電流立刻消失，這就是著名的昂尼斯持久電流實驗。
⑼ 發現石墨烯常溫超導的曹原會成為國內第一個獲得諾貝爾物理學獎的科學家嗎
《自然》連刊兩文報道石墨烯超導重大發現，值得關注的是，本次兩篇Nature論文的第一作者、麻省理工學院博士生曹原來自中國。2018年12月18日，曹原登上《自然》年度科學人物榜首。曹原，男，1996年出生，籍貫是四川成都，美國麻省理工學院博士生。在《自然》上以第一作者身份發表論文的最年輕中國學者。
發現石墨烯的兩人團體也獲得過諾貝爾獎，由於這種材料的超強性能，被人不斷給予新期待，有人拿它做過超導實驗，不過沒什麼進展，而曹源這次的成果就是發現了石墨烯在電子導通和不導通兩種狀態下的轉換，而這個如果能形成一種理論，那麼這個臨界點怎麼形成的，別的材料能不能，如果能也需要什麼條件，如果他和他的導師能總結給出一個理論，諾貝爾獎都蓋不住他的光芒。