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第33章 陶瓷材料何以出现超导现象

超导的历史贯穿着两条主线,一条是物理学家对超导机理的不懈探索,另一条则是化学家对超导材料的不断开发。这两条主线互相交融,使超导体经历了近一个世纪的风风雨雨。

超导的历史可追溯到1911年。那年夏天,荷兰低温物理学家卡麦林·昂纳斯和他的两名研究生在做低温实验时,偶然发现高纯度的金属汞在绝对温度42K时,凝成固体的汞线上的电阻突然消失了。他们原以为,汞线上的电阻只会慢慢下降,当温度为0K时,电阻才为零;而现在,电阻在42K时就化为乌有了,这岂不令人惊奇?

后来,他们发现,铅、锡等许多金属在低温时都存在这种奇特的现象。譬如,铅在7.2K时,电流在其中也是畅流无阻的。于是,他们就称这种现象为“超导电现象”,简称“超导”。

最初,科学家们一直在纯金属的范围内寻找产生超导现象的临界温度较高的物质,但是,这使科学家们大失所望,在纯金属中,铌算是佼佼者了,它的临界温度仅为922K。

后来,科学家把目光转向了化合物,情况略有好转,临界温度总算缓慢地向前迈了一步,如氮化铌在163K时出现了超导现象。以后,他们又陆续发现了另外一些具有超导现象的铌化合物,例如,NbaSn为181K,NbaAl为186K,NbaGa为20.3K。1973年,科学家找到的Nb3Ge为232K,到1986年以前,它一直居于超导临界温度的榜首。

无机材料使科学家丧失了信心,有机材料又如何呢?于是,有些科学家便到非金属有机材料中去寻找突破口了。

1979年12月,哥本哈根的科学家在1200个大气压和1K温度的条件下,终于合成了第一种有机物超导体——双-四甲基-四硒代富瓦烯-六氟化磷,这是一种衍生物,象黑色发光的针。此后,科学家又找到了另外几种具有超导性能的有机材料。不过,所有这些材料的临界温度都没能超过18K。

1986年,峰回路转的局面终于出现了。那年,瑞士苏黎世的IBM实验室首次发现,属于陶瓷材料的钡镧铜氧化物的临界温度可能会超过NbaGe,达到30K。这一激动人心的消息,使得全世界200多个超导实验室里的科学家看到了希望,纷纷投入到寻找高临界温度超导材料的行列中来了。

属于绝缘体的陶瓷材料怎么会登上超导体的宝座呢,这是科学家想不到的。

然而,这确是事实。自从人们把寻找超导体的目光从导体转向了陶瓷,“BCS理论”预言的超导临界温度的最高极限40K被突破了。氮液化的温度77K也被突破了。到1987年上半年,全世界许多实验室已把超导的临界温度提高到了100K左右,他们相信,不久的将来,很有可能找到300K左右的室温超导体。

但是,陶瓷材料何以会出现超导现象呢?新的超导材料应在哪个领域去寻找呢?……科学家还在深深地思索着。

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