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超導的魅力
送交者: yaleprb 2004年07月02日16:39:46 於 [教育學術] 發送悄悄話

超導的範圍比較大,包括銅氧化物超導體,也就是高溫超導體,重費米子超導體、納米的量子效應介觀體系,還有超流體,氦三和氦四,也包括量子霍爾效應、量子固體、核自旋、磁有序等等。

在諾貝爾獎裡面已經有三個由於超導方面的工作,實際上是已經有五項諾貝爾獎: 量子霍爾效應是兩項諾貝爾獎,氦三也獲得兩項諾貝爾獎,激光製冷呢,激光冷卻本身獲得了諾貝爾獎,經過激光冷卻原子,實現了玻色愛因斯坦凝聚,又獲得了諾貝爾獎。

應用方面: 超導體沒有電阻。(電阻)等於零的這麼一個特性是在理想的情況,因此對能源來講,是一個開源節流,環境友好的材料。另外,超導本身是一個宏觀的量子現象,所以,超導量子干涉器件,它可以檢測非常微弱的電磁信號,那麼有多靈敏呢?它的靈敏度基本上只受量子力學測不準原理的限制,所以應該是最靈敏的了。另外,在高溫超導體氧化物方面,因為它的臨界溫度,高溫超導體是指的液氮可以工作的,所以它有些特性。

超導的幾個基本特性,不管是高溫超導體,還是低溫超導體都是一樣。第一個基本特性就是電阻為零。

還有一個最重要的特徵,就是當你把一個具有超導性的材料放在一個磁場中,然後降溫降到使它進入超導態,如果它僅僅是電阻等於零的理想導體呢,磁力線呢就一直在,在你撤掉外面磁場之後,還凍結在材料的內部,如果它是個超導體的話,只要進入超導態,它就把內部的磁力線就排斥出去了,也就是說這個球本身的內部的磁感應強度等於零。

另外一個超導特性是有磁通量子化,假如中間這個環,這個環裡面凍上了磁通,這個超導環,裡面每個磁通線是個量子化的,這個量子化有多小呢?那麼最下面寫的“Φ等於普朗克常數除上兩個電子”,它就等於2.07乘10的負15次方韋伯,只要是進入了超導環,這個磁力線都是量子化的。

大家聽說的名字海森伯格,布洛赫波的布洛赫,泡利不相容原理的泡利,包括愛因斯坦,這些人都考慮過超導問題,當時愛因斯坦也做這個東西,他認為實驗數據太少,所以他沒有做超導的微觀機理,他搞了一段時間,後來想想數據太少他就不搞了,要不然就沒工夫搞相對論了。那麼其他人還在研究(微觀機理),最後還是實驗,三個實驗決定了微觀理論的解決。

從1911年到現在,就是認識超導機理,(已經)解決了金屬合金的超導機理問題,又要解決銅氧化物超導機理問題,吸引了一大批的物理學家,一流的物理學家,至少在國外我們可以看到很多一流的物理學家都關心這個問題。所以現在做超導很難,因為什麼呢?跟你競爭的,或者跟你合作的,就是說在這個領域裡面,基本就是剩下這批人,這批人都是高檔次的,比如說有些是拿過諾貝爾獎的,有的也可能是諾貝爾獎的候選人,都是這些人在做,所以你在這種做的情況下做確實很難,但是很有意思,因為不管怎麼說,我們沒有參加趕上量子力學的發現,我們沒有參加趕上傳統超導機理的研究,我們現在做的東西是有豐富的量子力學現象讓我們去研究,這個感覺的話,作為喜歡科學的、喜歡物理的人,這是非常好的一個機會,我相信這裡面能夠有重大的問題發現,它的解決不是解決超導問題,對解決凝聚態物理(這一重大問題)將會有很大的推動作用。

新超導體的探索是永恆的課題,在與其他學科的交叉的研究中帶有意想不到的新發現。大家總想找到室溫超導體,所以一直往那兒找,所以現在經常有人冒出來說他做出室溫超導體來,實際上不真,但是有人還寧願去相信他,為什麼呢?因為大家盼望着有這個東西出現。

超導的現象,從應用方面它是有前景的,而且現在有的已經用上去了。從物理上來講、從科學上來講,它是太有研究的內容了,這就是超導的魅力。

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