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超导的魅力
送交者: yaleprb 2004年07月02日16:39:46 于 [教育学术] 发送悄悄话

超导的范围比较大,包括铜氧化物超导体,也就是高温超导体,重费米子超导体、纳米的量子效应介观体系,还有超流体,氦三和氦四,也包括量子霍尔效应、量子固体、核自旋、磁有序等等。

在诺贝尔奖里面已经有三个由于超导方面的工作,实际上是已经有五项诺贝尔奖: 量子霍尔效应是两项诺贝尔奖,氦三也获得两项诺贝尔奖,激光制冷呢,激光冷却本身获得了诺贝尔奖,经过激光冷却原子,实现了玻色爱因斯坦凝聚,又获得了诺贝尔奖。

应用方面: 超导体没有电阻。(电阻)等于零的这么一个特性是在理想的情况,因此对能源来讲,是一个开源节流,环境友好的材料。另外,超导本身是一个宏观的量子现象,所以,超导量子干涉器件,它可以检测非常微弱的电磁信号,那么有多灵敏呢?它的灵敏度基本上只受量子力学测不准原理的限制,所以应该是最灵敏的了。另外,在高温超导体氧化物方面,因为它的临界温度,高温超导体是指的液氮可以工作的,所以它有些特性。

超导的几个基本特性,不管是高温超导体,还是低温超导体都是一样。第一个基本特性就是电阻为零。

还有一个最重要的特征,就是当你把一个具有超导性的材料放在一个磁场中,然后降温降到使它进入超导态,如果它仅仅是电阻等于零的理想导体呢,磁力线呢就一直在,在你撤掉外面磁场之后,还冻结在材料的内部,如果它是个超导体的话,只要进入超导态,它就把内部的磁力线就排斥出去了,也就是说这个球本身的内部的磁感应强度等于零。

另外一个超导特性是有磁通量子化,假如中间这个环,这个环里面冻上了磁通,这个超导环,里面每个磁通线是个量子化的,这个量子化有多小呢?那么最下面写的“Φ等于普朗克常数除上两个电子”,它就等于2.07乘10的负15次方韦伯,只要是进入了超导环,这个磁力线都是量子化的。

大家听说的名字海森伯格,布洛赫波的布洛赫,泡利不相容原理的泡利,包括爱因斯坦,这些人都考虑过超导问题,当时爱因斯坦也做这个东西,他认为实验数据太少,所以他没有做超导的微观机理,他搞了一段时间,后来想想数据太少他就不搞了,要不然就没工夫搞相对论了。那么其他人还在研究(微观机理),最后还是实验,三个实验决定了微观理论的解决。

从1911年到现在,就是认识超导机理,(已经)解决了金属合金的超导机理问题,又要解决铜氧化物超导机理问题,吸引了一大批的物理学家,一流的物理学家,至少在国外我们可以看到很多一流的物理学家都关心这个问题。所以现在做超导很难,因为什么呢?跟你竞争的,或者跟你合作的,就是说在这个领域里面,基本就是剩下这批人,这批人都是高档次的,比如说有些是拿过诺贝尔奖的,有的也可能是诺贝尔奖的候选人,都是这些人在做,所以你在这种做的情况下做确实很难,但是很有意思,因为不管怎么说,我们没有参加赶上量子力学的发现,我们没有参加赶上传统超导机理的研究,我们现在做的东西是有丰富的量子力学现象让我们去研究,这个感觉的话,作为喜欢科学的、喜欢物理的人,这是非常好的一个机会,我相信这里面能够有重大的问题发现,它的解决不是解决超导问题,对解决凝聚态物理(这一重大问题)将会有很大的推动作用。

新超导体的探索是永恒的课题,在与其他学科的交叉的研究中带有意想不到的新发现。大家总想找到室温超导体,所以一直往那儿找,所以现在经常有人冒出来说他做出室温超导体来,实际上不真,但是有人还宁愿去相信他,为什么呢?因为大家盼望着有这个东西出现。

超导的现象,从应用方面它是有前景的,而且现在有的已经用上去了。从物理上来讲、从科学上来讲,它是太有研究的内容了,这就是超导的魅力。

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