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第6章 低温超导材料

低临界温度超导材料的发展主要经历了以下几个阶段:

(1)1911年~20世纪20年代末,发现了超导电现象。在这一阶段,以研究和探索元素超导体为主,发现了Pb、Sn、In、Ta、Nb 和Ti 等众多的元素超导材料,并对超导态的几个基本参量Tc、Ic、Hc 完成了确认。

(2)20世纪20年代末~50年代初,发现了许多具有超导电性的合金、NaCl 构的过渡族金属氮化物和碳化物,Tc 得到了进一步的提高。在这一阶段,超导的表象理论得到了极大的丰富,一些超导的重要特性被发现,如完全抗磁性、穿透深度、负的界面能等。

(3)1950年~1973年是低温超导研究硕果累累的一个阶段。1950年Maxwell 和Reynolds 同时报道了超导的同位素效应,此后超导能隙的发现及测定,为1957年超导机理的经典理论(BCS 理论)的提出奠定了基础;磁通量子化、Josephson 效应、第二类超导材料等分别被证实;发现了一系列A15型超导材料和三元系超导材料,1973年Nb3Ge 的发现使Tc 的最高记录达到了23.2K ;超导材料的制备技术和实用化进程取得了巨大进展。超导材料的性能指标已能满足实用化要求,高性能的NbTi、Nb3Sn、V3Ga 线材及薄膜已被用在超导磁材料和量子干涉器(SQUID)等仪器中。

(4)1973年~1986年,随着制备工艺技术的成熟,实用超导材料的性能获得了进一步提高,应用领域得到了拓宽,同时探索新的超导材料。在这一段时间里,虽然23.2K 的最高Tc 值没有被打破,但是非常规超导材料的研究工作得到了蓬勃的发展,如重费米子超导材料、有机超导材料、低载流子密度超导材料、磁性超导材料、非晶态超导材料等,它们呈现出的一些特殊性质,给理论提出了一些新的问题,有些仍然是当今凝聚态物理研究的前沿课题。通过对这些特殊超导材料的研究,有可能导致新的超导机制和更高Tc 超导材料的发现,进而发展成为具有重大实用价值的一类新型材料。高临界温度氧化物超导材料的发现也正是在这种背景下产生的。

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