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超导体的物理特性

超导体的物理特性
超导体的物理特性

超导体的物理特性及其军事应用

作者:刘玉超, 李鹏 ,张强收录时间:2011-11-07 阅读次数: 221

关键词: 超导体,军事应用

摘要:介绍了超导体的物理特性及超导器件在国内外军事领域上的研究和应用进展。

随着电子技术的不断向高、新、尖发展,超导电子技术便应运而生。超导体具有两个突出的特点:一是超导电性。它可以传导大电流,在较大的空间产生很强的磁场,不消耗或只消耗极少的能量(强电效应);二是超导体器件对磁场或电磁辐射具有极高的灵敏度(弱电效应)。利用超导的强电效应特点,可以制成高效电动机和发电机、定向能武器、电磁炮、弹射器等。利用超导体对弱磁、弱电辐射的极高灵敏度特性,可以制成体积小、重量轻、超高速、特宽频带、低功耗、低噪声、抗干扰能力强的各种电子器件和系统。

1 超导体的物理特性

所谓超导体,是指电阻为零的物质。1911年德国物理学家海克·坎默林·奥尼斯首先发现世界上有超导物质存在,并认为所有金属都可能具有超导性,但是只有当它们冷却到几K,略高于绝对零度(-273℃)时,才具有超导性。经过科学家们不懈努力,目前,高温超导体发展迅速,已经走出了实验室,进入实际应用阶段。

1.1 零电阻效应

某物质在临界温度时,电阻消失的现象,就是零电阻效应。但是临界温度与物质种类有关,不同的超导体临界温度是不同的。同一物质有无外磁场的影响也是不同的,当物质在外磁场作用时,某临界温度要比没有磁场作用时要低。因此,随磁场的增强,临界温度将降低。只有外磁场小于某一量值时,物质才保持超导体的零电阻效应,这一磁场值称为临界磁场值。

1.2 迈斯纳效应

1933年迈斯纳(Meissenr)在实验中发现了下述事实:把在临界温度以上的锡和铅样品放人磁场中,这时样品内有磁场存在。当维持磁场不变而降低样品的温度转变为超导体后,结果其内部也就没有磁场了。这说明,在转变过程中,在超导体表面产生了电流,这电流在其内部产生的磁场完全抵消了原来的磁场,也就是说磁力线不能穿过超导体物质内部,也就是所谓的迈斯纳效应。这一效应表明,超导体具有绝对的抗磁性。

1.3 约瑟夫逊效应

1962年,约瑟夫逊(B.D.Josephson)发现,在两块超导体中间夹一薄的绝缘层就形成了一个约瑟夫逊结。按经典理论,两种超导材料之间的绝缘层是禁止电子通过的,这是因为绝缘层内的电势比超导体中的电势低得多,对电子的运动形成了一个高的“势垒”,绝缘体的电子能

量不足以使它自己爬过这势垒,所以,宏观上没有电流通过。但是量子力学原理指出,即使对于相当高的势垒,能量小的电子也能穿过,好像势垒下边有隧道似的,这种电子通过超导体的约瑟夫逊结中势垒隧道而形成的超导电流的现象,叫做约瑟夫逊效应,也叫做超导隧道效应。

2 超导体的军事应用

超导材料在军事方面的应用有着极为广阔的前景。超导材料制造的高速军用电子计算机,可以使信息处理和作战指挥自动化达到新的水准;超导材料制造的探测器可以根据微量的红外辐射,确定敌方导弹、卫星的位置并将其击毁。超导技术这种潜在的军事价值和诱人的经济价值,使得世界范围内围绕超导材料的研究正在进行着一场激烈的角逐。

2.1 超导探测器的军事应用

基于约瑟夫逊效应的超导器件可用来制成磁场和电磁辐射探测器和测量装置,其灵敏度比常规手段高了3~5个数量级,使极微弱的电磁信号都能被采集、处理和传递,实现高精度的测量和对比,可用于探测地雷、潜艇。超导红外毫米波探测器不仅灵敏度高,而且频带宽,探测范围可覆盖整个电磁频谱,填补现有探测器不能探测亚毫米波段信号的空白。利用超导器件制造的大型红外焦平面阵列探测器,可以探测隐身武器,将大大提高军事侦察能力,为作战决策和实施正确及时的指挥提供更强有力的支持。

2.1.1超导量子干涉器

超导量子干涉器结构原理图

超导量子干涉器有很强的磁灵敏度,它可以探测到10-15的微弱磁场,比性能最好的磁场接收器(如感应线圈磁强计和光泵磁强计)的灵敏度高12个数量级。把超导量子干涉器应用在传感器中就成为探测磁场能力极强的超导磁传感器,进而可制作出威力巨大的海战武器,其主要有天基凝视红外焦面阵列探测器、微波和毫米波探测器、磁探测器等,具备一般可见光和红外探测系统所不具备的全天候及穿透烟云的探测能力,并能提供对低特征目标的探测能力,可广泛应用于天文探测、光谱研究、远红外激光接收、军事光学、航天器的相控阵天线、反潜武器和水雷探测等领域。

2.1.2超导磁传感器

超导磁传感器

水雷引信的磁接收器的灵敏度对水雷的作战效能有很大影响,磁接收器的灵敏度越高,捕捉舰船磁场的能力越强。现代各国在军事舰艇建造中广泛采用新的建造技术和新型功能材料,在舰艇消磁方面取得了相当的成果。现代潜艇在消声降噪方面有了长足的进步,如采用新型

功能材料、外表面敷设消声瓦等,某些性能优异的潜艇已经成为了可怕的深海杀手,这使得用声纳等探测工具来探测、跟踪、进攻敌方潜艇的困难增大,难以及时发现并消灭敌方潜艇。然而运用超导磁性水雷,在方潜艇可能出现的海域实施部署,可准确、及时地发现敌方潜艇,从而进行有效地遏制和打击。

2.1.3高温超导滤波器

高温超导滤波器由于具有极其优异的特性,因而可以大幅度提高接收系统灵敏度、信噪比和抗干扰能力,增加雷达系统的探测距离,增加通信系统的通信距离和抗干扰能力,提高导弹系统的制导精确度。目前,国外已将超导微波接收机广泛应用于预警飞机、雷达、电子战设备、导弹制导等,日益受到各国军事部门的重视。

2.2 超导计算机的军事应用

计算机是军队自动化指挥系统的核心设备,其主要任务是对输入其中的各种格式化信息进行自动综合、分类、存储、更新、检索、复制和运算,协助指挥员决策,拟定作战方案,对各种方案进行模拟、比较和优选等。计算机的性能,尤其是运行速度和存储容量,直接关系到指挥、控制、通信与情报系统的性能和效率。超导器件的功耗仅为硅集成电路的几百分之一,为一般晶体管的二千分之一。用超导传输线完成计算机中元器件之间的信号传输具有无损耗和低色散的特点。美国IBM公司研制的一台运算速度为8千万次的超导计算机,体积只有一部电话机大。由于超导计算机的元件运行在无电阻、不发热的情况下,所以可以长时间高效运行,无故障时间比现有计算机长得多。超导计算机作为新一代舰载、车载、机载、星载计算机,用于解决庞大的信息处理和极其复杂的作战管理等问题也有其特殊的意义。

2.3 超导技术的武器应用

正在探索、研制之中的粒子束武器和自由电子激光武器是威力强大的定向能武器,在未来的战略反导武器系统中占有极重要的位置。这两种武器的核心部件是高能加速器。从研制情况看,目前主要有两大技术难题制约着这两种武器的发展和部署使用:一是用常规材料制造的高能加速器的体积过于庞大,重量太重;二是发射时所需要的巨大能量不易解决。超导技术的发展提供了解决上述难题的现实可能性。电磁炮是利用电磁力加速弹丸的现代化电磁发射系统,超导技术不仅可以解决储能问题和减小电磁加速器的体积、重量问题,而且还可以减小导轨的磁损耗和焦耳热损耗,增加弹丸的动能,达到提高电磁炮系统效率的目的。有关专家指出,一旦超导技术有新的突破,电磁炮便能很快投入战场使用,成为各种高速飞行器和装甲目标的克星。

2.4 超导发动机的军事应用

常规武器装备执行作战任务的载体,如地面上的坦克和装甲战车、海上的舰艇和潜艇、空中的作战飞机和直升飞机等以各种热力机械作为动力,存在设备笨重、效率欠高、机动能力受限制以及噪声大、红外特征明显、易于暴露等弱点。超导技术的应用有可能使作战平台的动

力系统发生根本性变革。体积小、重量轻的超导发电机可应用于空中指挥所、预警飞机或有机载激光武器的飞机等,为其机载设备提供强大的电源。由超导储能系统、超导电动机构成的超导发动机系统还可以取代军车、坦克上的油箱和内燃机,甚至用来驱动飞机。在海上.用具有速度快、推进效率高、控制性能好、结构简单的超导电磁推进系统来驱动舰艇.可使舰艇的航速和续航能力倍增。用超导发动机取代作战平台的热力动力系统.具有效率高、机动性好、噪音低、红外辐射特征不明显、隐蔽性好等突出优点,因而可使作战平台的机动作战能力和生存能力大大提高。

3 结束语

超导技术一度被誉为引领21世纪战场的核心技术之一,谁率先掌握它便会在未来可能的战争中获得主动权。随着超导技术的进一步发展,超导材料不断应用于军事领域,必将成为未来战争中闪亮的“明星”。

参考文献:

[1]林良真.我国超导技术研究进展及展望[J].电工技术学报,2005,20(1):1-7

[2]何豫生,等.高温超导微波滤波器研究[Z].北京:中国科学院物理研究所,2007

[3]张磊,等.超导磁传感器在海战武器中的应用.[J].探测与控制学报2009,31:34-36

[4]Polturak E pace-based high-temperature supercon-ductivity experi ment-design and performance[J].IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques,2000,48 (7):1289-1291 .

超导体材料

超导体材料 超导体的定义 1911年,荷兰发明氦液化器的昂尼斯〔H.K.Onnes)偶然发现,在液氦温度(4.2K)下,汞的电阻突然消失,这种现象被称为超导。但是,象汞这样金属的超导状态在很弱的磁场中就会被破坏。进一步的研究表明,要成为超导状态,温度丁,磁场强度H和电流密度J都必须分别处于临界温度T c,临界磁场强度H c和临界电流密度J c以下。如图1所示,在T-H-J 坐标空间中有一个临界面,其内部就是超导状态。临界条件下具有超导性的物质称为超导材料或超导体。 图 1 超导状态的T-H-J临界面(区面内:超导状态;曲面外:正常状态) 【杨兴钰.材料化学导论[M].武汉:湖北科学技术出版社,2003.】 超导体的应用 50年代后期,发现超导状态的温度提高,而且发现丁能产生强磁场的银及钒的合金和化合物,促使超导现象的应用登上了科技舞台。由于电阻近于0Ω,在超导体内流动的电流将没有损耗.这样,很细的导线就可以通过很强的电流,可产生很强的磁场。问题是它必须在液氦温度下工作,液氮的价格、供应和使用方式使得它的普遍应用受到了严格的限制。即使如此,超导磁体仍大量被使用于加速器、聚变装置、核磁共振和磁分析等仪器上。例如美国费密实验室用了1000多个超导磁体,每年的被氮费用高达500万美元,但因此而节省的电力为18500万美元;美国于1990年建成的周长为83km的超级质子对撞机使用10000个超导磁体,每年可节省电力6亿美元。【唐小真,杨宏秀,丁马太.材料化学导论[M].高等教育出社,1997.】超导核磁共振层析仪能给出人体任一部位的剖面图.其分辨本领远远超过x射线或超声层祈仪.是现代高级医院重要的诊断设备之一。 超导技术在医疗上可用于外科手术。例如导管牵引术,将导管插入血管后,靠强磁体引导到脑部等血管瘤部位后,将磁性胶体注入血管,靠强磁体引导到肿瘤前提供血管定位,使给养阻塞,从而使肿瘤萎缩死亡。【杨兴钰.材料化学导论[M].武汉:湖北科学技术出版社,2003.】利用超导体送电的超导电缆已经出现,利用超导体储存电能的超导储能器可在瞬间释放出极强的电能。这种储能器为激光技术提供了储存条件。它可将强电流存储在超导线圈之中,然后启动开关,一瞬间便会释放出巨能,从而发出强大的激光。 用超导体做的超导磁体,可以得到极强的磁场。因为超导线圈没有电阻,超导磁体可以比普通电磁体轻得多:几千克超导磁体抵得上几十吨常规磁体产生的磁场这将给电力工业带来一系列的变革,发电机会因使用超导体而提高输出功率几十倍、上百倍;已试制出来的

超导的研究现状及其发展前景

题目:超导的研究现状及其发展前景 作者单位:陕西师范大学物理学与信息技术学院物理学一班 作者姓名:杜瑞,程琳,党晓菲,闫甜,王福琼,刘洁,刘园,郭丽丽 学号:40606043,40606042,40606044,40606045,40606046,40606047,40606048,40606049 指导教师:郭芳侠 交论文时间:20007-11-28

超导的研究现状及其发展前景 (陕西师范大学物理学一班第七组 710062) 摘要:本文简单介绍了一些与超导相关的概念,超导材料,超导的简史,超导的研究现状及对超导应用的前景展望。 关键字:超导,超导体,超导现象,超导材料,临界参量,研究现状,前景 Superconductivity research present situation and prospects for development (Shaanxi normal university physics one class Seventh group 710062) Abstract: This article simply introduced some and the superconductivity correlation concept, the superconductivity material, the superconductivity brief history, the superconductivity research present situation and to the superconductivity application prospect forecast.

超导材料的发展

超导材料的发展 摘要:超导材料的发现为人类诸多梦想的实现提供了可能,新型超导材料一直是人类追求的目标。该文主要从超导材料的探索与发现、制备技术、研究面临的挑战等几个方面来探讨超导材料的发展与研究现状。 关键词:超导材料高温超导 引言:超导材料是在低温条件下能出现超导电性的物质。超导材料最独特的性能是电能在输送过程中几乎不会损失。近年来,随着材料科学的发展,超导材料的性能不断优化,实现超导的临界温度也越来越高。正如半导体带来了资讯时代、光纤带来了传讯时代,高温超导材料将从根本上改变人类的用电方式,给电力、能源、交通以及其它与电磁有关的科技业带来革命性的发展。 1.超导材料的探索与发展 探索新型超导材料在超导材料研究中始终起着关键的作用,同时也是一项高风险、高投人的研究工作。自191 1年荷兰物理学家卡麦林·昂尼斯发现汞在4.2K 附近的超导电性以来,人们发现的新超导材料几乎遍布整个元素周期表,从轻元素硼、锂到过渡重金属铀系列等。超导材料的最初研究多集中在元素、合金、过渡金属碳化物和氮化物等方面。至1973年,发现了一系列A15型超导体和三元系超导体,如Nb3Sn、V3Ga、Nb3Ge,其中Nb3Ge超导体的临界转变温度(T c)值达到23.2K。以上超导材料要用液氦做致冷剂才能呈现超导态,因而在应用上受到很大限制。 1986年,德国科学家柏诺兹和瑞士科学家穆勒发现了新的金属氧化物超导材料即钡镧铜氧化物(La—BaCuO),其T c为35K,第一次实现了液氮温区的高温超导。铜酸盐高温超导体的发现是超导材料研究上的一次重大突破,打开了混合金属氧化物超导体的研究方向。l987年初,中、美科学家各自发现临界温度大于90K的YBaCuO超导体,已高于液氮温度(77K),高温超导材料研究获得重大进展。后来法国的米切尔发现了第三类高温超导体BiSrCuO,再后来又有人将Ca掺人其中,得到BiSrCaCuO超导体,首次使氧化物超导体的零电阻温度突破100K大关。

铁基高温超导体研究进展

物理四38卷(2009年)9期 h t t p :∕∕w w w.w u l i .a c .c n 铁基超导体专题 铁基高温超导体研究进展* 陈仙辉? (中国科学技术大学物理系 合肥微尺度物质科学国家实验室 合肥 230026 )摘 要 最近,由于在铁基L n (O ,F )F e A s 化合物及其相关化合物中发现具有高于40K 的超导电性,层状的铁基化合物引起了凝聚态物理学界很大的兴趣和关注.在随后的研究中发现,在该类材料中最高超导临界温度可达到55K.这些重要的发现使得人们又重新对高温超导体的探索产生了极大的兴趣,并且为研究高温超导的机理提供了新的一类材料.文章主要介绍了作者所在组在新型铁基超导体方面的最新研究进展,包括:(1)铁基超导材料探索研究;(2) 铁基超导体的单晶制备及物性研究;(3)铁基超导体的电子相图及自旋密度波(S DW )和超导共存研究;(4)同位素交换对超导转变和S DW 转变的效应.最后,在已完成的工作基础上提出了一些今后的研究方向和发展前景.关键词 铁基超导体,自旋密度波,相图,结构相变 N e w i r o n -p n i c t i d e s u p e r c o n d u c t o r s C H E N X i a n - H u i ? (H e f e iN a t i o n a lL a b o r a t o r y f o rP h y s i c a l S c i e n c e a tM i c r o s c a l e a n dD e p a r t m e n t o f P h y s i c s ,U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y o f C h i n a ,H e f e i 230026,C h i n a )A b s t r a c t T h ed i s c o v e r y o f s u p e r c o n d u c t i v i t y w i t hac r i t i c a l t e m p e r a t u r e (T c )h i g h e r t h a n40Ki nt h e i r o na r s e n i d eL n (O ,F )F e A s h a s d r a w nm u c h i n t e r e s t i n c o n d e n s e dm a t t e r p h y s i c s .L a t e r d i s c o v e r i e s ,i n c l u -d i n g t h e e n h a n c e m e n t o f T c u p t o 55K ,h a s e v o k e d i n t e n s e e x c i t e m e n t i n t h e p i l g r i m a g e t o w a r d s t h e u n d e r -s t a n d i n g o f t h em e c h a n i s mo f h i g hT c s u p e r c o n d u c t i v i t y ,w h i l e p r o v i d i n g a b r a n d n e wf a m i l y o fm a t e r i a l s t o a d d r e s s t h i s i s s u e .I n t h i s r e v i e ww e p r e s e n t o u r g r o u p 'sm a j o r r e s e a r c h o n n e w i r o n b a s e d s u p e r c o n d u c t o r s ,i n c l u d i n g :(1)o u r i n i t i a l i n v e s t i g a t i o n s ;(2)t h e s y n t h e s i s o f i r o n a r s e n i d e s i n g l e c r y s t a l s a n d t h e c h a r a c t e r -i z a t i o no f i t s p h y s i c a l p r o p e r t i e s ;(3)t h e e l e c t r o n i c p h a s e d i a g r a mo f i r o n b a s e d s u p e r c o n d u c t o r s a n d t h e c o -e x i s t e n c eb e t w e e n s p i n d e n s i t y w a v e s a n d s u p e r c o n d u c t i v i t y ;(4)t h e e f f e c t o f i s o t o p e e x c h a n g e o n s p i n d e n -s i t y w a v e s a n d s u p e r c o n d u c t i n g t r a n s i t i o n s .T o f i n i s h ,w e p r o p o s e p o s s i b l e f u t u r e d i r e c t i o n s i n t h i s f i e l d .K e y w o r d s i r o n - p n i c t i d e s u p e r c o n d u c t o r ,s p i nd e n s i t y w a v e (S DW ),p h a s e d i a g r a m ,s t r u c t u r a l t r a n s i t i o n * 国家自然科学基金二 国家重点基础研究发展计划(批准号:2006C B 601001,2006C B 922005 )和中国科学院资助项目2009-07-15收到 ? E m a i l :c h e n x h @u s t c .e d u .c n 1 引言 1986年,I B M 研究实验室的物理学家B e d n o r z (柏诺兹)和M ül l e r (缪勒)发现了临界温度为35K (零下238.15℃)的镧钡铜氧超导体[1]. 这一突破性发现导致了一系列铜氧化物高温超导体的发现.自那以后,铜基高温超导电性及其机理成为凝聚态物理的研究热点.然而直至今日,铜基高温超导机制仍未解决,这使得高温超导成为当今凝聚态物理学中最大的谜团之一.因此科学家们都希望在铜基超导材料以外再找到新的高温超导材料,能够从不同的 角度去研究高温超导机制,最终解决高温超导的机制问题. 最近,由于在铁基L a O 1-x F x F e A s (x =0.05 0.12)化合物中发现有26K 的超导电性[2] , 层状的Z r C u S i A s 型结构的L n O MP n (L n =L a ,P r ,C e ,S m ;M =F e ,C o ,N i ,R u 和P n =P 和A s )化合物引起了科学家很大的兴趣和关注[3,4] .2008年3月, 四 906四

超导材料的未来应用前景

超导材料——当代科学的明珠 超导材料的未来应用前景 超导是超导电性的简称。是一种材料,如某种金属、合金或化合物在温度下降至某一临界温度时,其电阻完全消失,这种现象称为超导电性,具有这种现象的材料称为超导材料。超导体的另外一个特征是:当电阻消失时,磁感应线将不能通过超导体,这种现象称为抗磁性。 超导材料的用途非常广阔,大致可分为三类:大电流应用(强电应用)、电子学应用(弱电应用)和抗磁性应用。大电流应用即超导发电、输电和储能;电子学应用包括超导计算机、超导天线、超导微波器件等;抗磁性主要应用于磁悬浮列车和热核聚变反应堆等。 超导体的巨大前景 ●超导材料不可思议 那么,为什么世界各国对“超导”技术的研究与开发如此重视呢?这主要是因为超导材料具有极其优越的物理特性:一是零电阻效应,二是约瑟夫逊效应,三是迈斯纳效应。超导体这些突出特性的重大意义,不亚于半导体的发现。甚至有专家预言,超导体的应用将导致一场新技术革命,特别是在军事领域的应用,将引起一系列巨大变革。 ●军事应用前景广阔 超导体在军事领域的应用将十分广泛。采用超导体材料,可使许多重要的军用装备,如C4I系统、聚能武器、舰艇、飞机、坦克、装甲车辆、导弹等武器的性能得到大幅度的改善。 超导飞机设计制造大功率、小体积的发动机,对提高飞机的作战性能至关重要。目前,飞机所采用的均是磁流体发电,但利用普通磁体,很难使磁场强度高于15高斯,而如果利用超导磁体就能产生数万至几十万高斯的磁场,从而大大提高磁体发电的输出功率。所以,超导技术的突破,为大容量、小型化磁流体发电机的研制成功提供了条件,这种超导发电机正在加速走向实用化。目前,有些国家已在研制几百至一千兆瓦的体积小、重量轻的超导发电机,预计机载大功率超导发电机将成为超导技术在军事上率先得到应用的重点项目。 超导舰船20世纪70年代以来,美、苏、英、日等国积极开展超导技术在海军舰船方面应用的研究,并不断取得成效。美国试制了7500马力的超导驱动系统;英国研制了650马力的超导电磁力推进装置;日本制成了世界上第一艘超导船。超导舰船由于取消了传统的螺旋桨推动部件,因而具有结构简单、维修方便、推力大、航速高、无震动、无噪声、无污染、造价低等诸多优点。潜艇应用超导推进系统后,能有效地消除噪音、降低红外辐射,从而不易被敌方发现,大大提高了舰船的快速机动能力和突防能力。

超导技术及其发展历程

超导技术 超导技术的主体是超导材料。简而言之,超导材料就是没有电阻、或电阻极小的导电材料。超导材料最独特的性能是电能在输送过程中几乎不会损失。 1911年荷兰物理学家Onnes发现汞(水银)在4.2k附近电阻突然下降为零,他把这种零电阻现象称为超导电性。 海克·卡末林·昂内斯 海克·卡末林·昂内斯(Heike Onnes,1853年9月21日-1926年2月21日),荷兰物理学家,超导现象的发现者,低温物理学的奠基人。1853年出生于荷兰的格罗宁根,1894年创建了莱顿大学低温物理实验室,建立了大型液化气工厂,1904年液化了氧气,两年后又液化了氢气,并在1908年7月10日首次液化了氦气,以-269 °C(4K)刷新了人造低温的新纪录。1911年由于对物质在低温状态下性质的研究以及液化氦气,昂内斯被授予诺贝尔物理学奖。1923年,昂内斯退休,1926年在莱顿逝世。为纪念他,莱顿大学物理实验室1932年被命名为“卡末林·昂内斯实验室”。 汞的电阻突然消失时的温度称为转变温度或临界温度,常用Tc表示。在一定温度下具有超导电性的物体称为超导体。金属汞是超导体。进一步研究发现元素周期表中共有26种金属具有超导电性,它们的转变温度Tc列于表5-6。从表中可以看到,单个金属的超导转变温度都很低,没有应用价值。因此,人们逐渐转向研究金属合金的超导电性。表5-7列出一些超导合金的转变温度,其中Nb3Ge 的转变温度为23.2K,这在70年代算是最高转变温度超导体了。当超导体显示导材料都是在极低温下才能进入超导态,假如没有低温技术发展作为后盾,就发现不了超导电性,无法设想超导材料。这里又一次看到材料发展与科学技术互相促进的关系。低温超导材料要用液氦做致冷剂才能呈现超导态,因此在应用上受到很大的限制。 人们迫切希望找到高温超导体,在徘徊了几十年后,终于在1986年有了突破。(1)瑞士Bednorz和Müller发现他们研制的La-Ba-CuO混合金属氧化物具有超导电性,转变温度为35K。这是超导材料研究上的一次重大突破,打开了混合金

铁基超导体

铁基超导体 对于现代人来说,超导已经不再是一件什么神秘的事情了,普通的中学生就已经知道了所谓的超导现象:当导体的温度降到一个临界温度时电阻会突然变为零。处于超导状态的导体称之为超导体。超导体除了电阻为零的特殊性质之外,人们后来又发现了它的另一个神奇的性质——完全抗磁性,也就是说超导体内的磁感应强度为零,把原来存在于体内的磁场也完全“排挤”出去。这一现象也被称为“迈斯纳效应”。正是由于超导体的这一性质,而铁基材料通常具有铁磁性,因此被认为最不具备成为高温超导材料的条件。但最近的科研结果却打破了这一传统的束缚,铁基超导材料成为了高温超导研究领域的一个“重大进展”。 铁基超导体的发现历程 高温超导是指材料在某个相对较高的临界温度,电阻突降至零。1986年,美国科学家发现了第一种高温超导材料——镧钡铜氧化物。自那以后,铜基超导材料成为全世界物理学家的研究热点,超导体的临界温度也不断“飙升”,在短短几年中,铜氧化合物的超导临界转变温度就被提高到134K(常压)和164K(高压)。然而直至今日,对于铜基超导材料的高温超导机制,物理学界仍未形成一致看法,这也使得高温超导成为当今凝聚态物理学中最大的谜团之一。因此很多科学家都希望在铜基超导材料以外再找到新的高温超导材料,从而能够使高温超导机制更加明朗。

2008年2月23日,日本科学技术振兴机构和东京工业大学联合发布公报称,东京工业大学教授Hosono的研究小组合成了氟掺杂钐氧铁砷化合物。该化合物是一种由绝缘的氧化镧层和导电的砷铁层交错层叠而成的结晶化合物。纯粹的这种物质没有超导性能,但如果把化合物中的一部分氧离子转换成氟离子,它就开始表现出超导性,并且在26K(零下247摄氏度)时具有超导特性。其实在2006和2007年Hideo Hosono小组就已经分别报道在LaFePO 和LaNiPO 材料中发现转变温度为2到7K的 超导电性。但这一次却立刻引发 了人们对这一体系的强烈关注 (下图为LaFeAsO的晶体结构)。 3月14日,中科院物理所闻海虎, 在镧氧铁砷 (LaOFeAs) 材料中用二价金属替换三价的La,在空穴型掺杂中取得重要进展,临界温度达到25K。3月25日,中国科技大学陈仙辉领导的科研小组又报告,氟掺杂钐氧铁砷化合物在临界温度43开尔文(零下230.15℃)时也变成超导体。3月28日,中国科学院物理研究所赵忠贤领导的科研小组报告,氟掺杂镨氧铁砷化合物的高温超导临界温度可达52开尔文(零下221.15℃)。4月13日该科研小组又有新发现:氟掺杂钐氧铁砷化合物假如在压力环境下产生作用,其超导临界温度可进一步提升至55开尔文(零下218.15℃,将这场追求铁基高临界温度的竞争推向高潮,并保持着目前为止铁基超导体的临界温度最高纪录。 新的超导机制有望取得突破

铁基超导体研究取得重要进展

铁基超导体研究取得重要进展 [本刊讯]近日,中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室、中国科学院强耦合量子材料物理实验室的陈仙辉教授研究组在铁基超导研究领域取得了重大进展,成功发现了一种新的铁基超导材料(Li0.8Fe0.2)OHFeSe,其超导转变温度高达40开以上,并与美国国家标准技术研究所中子研究中心的黄清镇博士以及中科大吴涛教授等几个研究组合作,确定了该新材料的晶体结构并发现超导电性和反铁磁共存。相关研究成果在线发表在12月15日的Nature Materials上。 铁基高温超导体是目前凝聚态物理领域的研究热点,其机理还没有得到完全理解,FeSe类超导体以其诸多独特的性质被认为是研究铁基超导机理的理想材料体系。尤其是近期报道的生长于SrTiO3衬底上的FeSe单层薄膜的零电阻转变温度高达100开以上,更加激起了科学家对于这一体系的浓厚兴趣。然而,对于FeSe类超导材料,目前研究较为广泛的AxFe2Se2(A=K,Rb,Cs)体系存在严重的相分离,反铁磁绝缘相与超导相的共生导致该类材料的结构与性质非常复杂,从而使得研究其内在的物理机制变得非常困难。而FeSe 单层薄膜以及通过液氨等低温液相插层方法合成的Lix(NH2)y(NH3)1-yFe2Se2等化合物在空气中极不稳定,无法深入研究其物理性质。为了能够深入探究铁基高温超导的物理机制,亟需寻找到新的具有高的超导转变温度且空气稳定。并适合物理测量的FeSe类超导材料。 陈仙辉研究组首次利用水热反应方法成功发现了一种新的FeSe类超导材料(Li0.8Fe0.2)OHFeSe,超导转变温度高达40开以上。通过结合X射线衍射。中子散射和核磁共振三种技术手段精确确定了该新材料的晶体结构。此外,发现该结构中严重畸变的FeSe4四面体

超导材料及其应用现状与发展前景培训讲学

超导材料及其应用现状与发展前景

超导材料及其应用现状与发展前景 作者:肖立业刘向宏王秋良马衍伟古宏伟 来源:《中国工业和信息化》2018年第08期 超导体不仅在临界温度下具有零电阻特性,而且在一定的条件下具有常规导体完全不具备的电磁特性,因而在电气与电子工程领域具有广泛的应用价值。我国在超导材料及其应用领域总体上处于国际先进行列,基本掌握了各种实用化超导材料的制备技术,在多个应用方面也取得了良好的发展。我国超导材料及其应用领域将不断探索更高临界温度的超导体,提升超导材料及其应用技术的发展水平。 1911年,荷兰莱登实验室的卡麦林·昂尼斯在测量低温下金属的电导率时发现,当温度下降到4.2K时,汞的电阻完全消失(如图1所示),他把具有这种现象的导体称为超导体。经过近50年的研究,科学家們陆续发现,超导体不仅在一定温度(也称为临界温度,简称Tc)之下具有零电阻特性,而且在一定的条件下具有高密度载流能力、完全抗磁性(迈斯纳效应)、约瑟夫森效应等常规导体完全不具备的电磁特性,因而在电气与电子工程领域具有广泛的应用价值(见表1)。根据应用的具体需求,工程师们可以将超导体制备成各种超导材料,如超导线材、超导带材、超导薄膜、复合超导体等。 经历了100多年的研究,人们已经发现了多达数万种超导体。按照超导体的临界温度,可以将超导体分为低温超导体和高温超导体,临界温度低于25K~30K超导体为低温超导体,临界温度高于25K~30K超导体为高温超导体。目前,基于低温超导材料的应用装置一般工作在液氦温度(4.2K及以下),基于高温超导材料的应用装置一般工作在液氢温度(约20K)至液氮温度(约77K)之间。探索出更高临界温度乃至室温的超导体是人类不断追求的梦想。 超导材料的发展现状与前景 尽管人们已经发现了数万种超导体,但真正具有实用价值的超导体并不多。目前得到应用的低温超导体主要包括NbTi、Nb3Sn、Nb3Al等,具有实用价值的高温超导体主要包括铋系(BSCCO,Tc约90K-110K,也称为第一代高温超导材料,主要包括BSCCO-2212和BSCCO-2223两种,也简称Bi-2212或Bi-2223)、钇系(Tc约90K,YBCO或ReBCO,也称为第二代高温超导材料)。进入21世纪以来,MgB2(Tc为39K)和铁基超导体(Tc最高为55K)相继被发现,成为两种新的具有实际应用潜力的超导体。 低温超导材料发展现状与前景 超导材料主要包括NbTi、Nb3Sn、Nb3Al等。自上世纪60年代以来,其制备技术与工艺已经相当成熟,并推动了如加速器磁体、核聚变工程用超导磁体、核磁共振(MRI和NMR)磁体、通用超导磁体等的发展,并由此形成了具有一定规模的超导产业。目前,美国、欧盟和日本等国家和地区已经有一大批的企业可以生产各种面向不同应用需求的低温超导材料。2006年,我国加入了国际热核聚变实验堆(ITER)计划,从而使我国低温超导材料的发展迎来了前所未有的机遇。作为国内极少的低温超导线材产业化公司,西部超导材料科技有限公司承担了174吨NbTi超导线和35吨Nb3Sn超导线的生产任务,通过自主开发,掌握了成套技术和工艺,并于2017年全部交付预订的产品,得到了国际同行的高度评价,总体上达到了国际先进水平。ITER项目极大推动了我国低温超导材料的发展,也为我国自主开发MRI、加速器和核聚变磁体提供了超导材料供应的保障。

超导材料的现状及发展趋势分析

超导材料的现状及发展方向自1911年荷兰莱顿实验室的卡末林·昂纳斯首次在4.2K时发现水银零电阻现 象即超导现象以来。人们相继在超导 材料方面取得很多突破,后来在梅斯 勒发现超导体的抗磁性之后, 1934 —1985年后超导物理学理论逐步发 展,超导材料逐步应用于实际科学技 术领域。但由于种种原因,至今超导 物理学理论也不够完善。在这一阶段 人们研究的超导材料临界转变温度 较低。 后来进入高温超导研究阶段,高温超导材料指的是:钇系(92 K)、铋系(110 K)、铊系(125 K)和汞系(135 K)以及2001年1月发现的新型超导体二硼化镁(39 K)。高温超导体属于非理想的第II类超导体。临界磁场和临界电流且比低温超导体更高。同时已对高温超导材料进研究开发,氧化物复合超导材料具有耐用和稳定性好的特点。通过研究浸泡实验表明,超导电性的退化主要来自于杂相及时效过程中的析出相。为了改善薄膜对环境的敏感性,美国西北大学的Mirkin建议把分子单层表面化学改性引入到高温超导铜氧化合物中。 以铋锶钙铜氧系为第一代高温超导带材,它的可加工性优良,在超导强电应用领域占据重要位置。但铋系材料的实用临界电流密度较低,并且在77 K的应用磁场也很低。然而钇钡铜氧化物材料在77 K的超导电性比铋锶钙铜氧材料好的多;但它的可加工性极差,故要做出超导性好的带材通过传统的压力加工和热处理工艺就很难。 随着材料科学工艺技术的发展,近年来一种在轧制金属基带上制造钇钡铜氧超导带材的工艺被称作“第二代”带材。欧洲国家努力开展高温超导材料工艺及应用研究。丹麦已批量制造铋系超导带材。2003年11月我国第一个10m、 10.5kV/1.5kA 三相交流高温超导电缆系统日前在中国科学院电工研究所研制成功,并于成功地进行了试验运行。2011年5月信赢和公司团队研发的世界最大功率的超导限流器刚成功。2011年9月25日,特拉维夫大学的研究小组开发出了一种超导体材料——蓝宝石单晶体纤维,可用于高压电缆输电,输电量是相同直径铜线输电量的40倍。研究人员称这种超导材料将有可能彻底改变电力输送占空间、高损耗的状况。 高温超导材料主要有:膜材(薄膜、厚膜)、块材、线材和带材等类型。薄膜最常用、最有效的两种镀膜技术是:磁控溅射和脉冲激光沉积。还有金属有机

铁基超导体材料

[键入公司名称] 铁基超导体材料[键入文档副标题] 吕鸿燕 14园林本2 1407220221

铁基超导体材料 以赵忠贤、陈仙辉、王楠林、闻海虎、方忠为代表的中国科学院物理研究所和中国科学技术大学研究团队因为在“40K以上铁基高温超导体的发现及若干基本物理性质研究”方面的突出贡献获得了国家自然科学一等奖。之前,这一奖项已经连续3年空缺。 超导,全称超导电性,是20世纪最伟大的科学发现之一,指的是某些材料在温度降低到某一临界温度,或超导转变温度以下时,电阻突然消失的现象。具备这种特性的材料称为超导体。 超导是物理世界中最奇妙的现象之一。正常情况下,电子在金属中运动时,会因为金属晶格的不完整性(如缺陷或杂质等)而发生弹跳损耗能量,即有电阻。而超导状态下,电子能毫无羁绊地前行。这是因为当低于某个特定温度时,电子即成对,这时金属要想阻碍电子运动,就需要先拆散电子对,而低于某个温度时,能量就会不足以拆散电子对,因此电子对就能流畅运动。 通常的低温超导材料中,电子是通过晶格各结点上的正离子振动而结合在一起的。但大多数的物理学家都认为,这一电子对结合机制并不能解释临界温度最高可达138开尔文(零下135.15℃)的铜基材料超导现象。每一种铜基超导材料都是由层状的“铜-氧”面组成,其中的电子是如何成对的,仍是未解难题。 在超导研究的历史上,已经有10人获得了5次诺贝尔奖,其科学重要性不言而喻。目前,超导的机理以及全新超导体的探索是物理学界最重要的前沿问题之一。它仿佛是镶嵌在山巅的一颗璀璨明珠,吸引着全世界无数的物理学家甘愿为之攀登终生。同时,超导在科学研究、信息通讯、工业加工、能源存储、交通运输、生物医学乃至航空航天等领域均有重大的应用前景,受到人们的广泛关注。 继铜基超导材料之后,日本和中国科学家最近相继报告发现了一类新的高温超导材料——铁基超导材料。美国《科学》杂志网站报道说,物理学界认为这是高温超导研究领域的一个“重大进展”。 高温超导是指材料在某个相对较高的临界温度,电阻突降至零。1986年,科学家发现了第一种高温超导材料——镧钡铜氧化物。自那以后,铜基超导材料成为全世界物理学家的研究热点。

超导材料未来应用的前景

超导材料的未来应用前景 超导是超导电性的简称。是一种材料,如某种金属、合金或化合物在温度下降至某一临界温度时,其电阻完全消失,这种现象称为超导电性,具有这种现象的材料称为超导材料。超导体的另外一个特征是:当电阻消失时,磁感应线将不能通过超导体,这种现象称为抗磁性。 超导材料的用途非常广阔,大致可分为三类:大电流应用(强电应用)、电子学应用(弱电应用)和抗磁性应用。大电流应用即超导发电、输电和储能;电子学应用包括超导计算机、超导天线、超导微波器件等;抗磁性主要应用于磁悬浮列车和热核聚变反应堆等。 超导体的巨大前景 ●超导材料不可思议 那么,为什么世界各国对“超导”技术的研究与开发如此重视呢?这主要是因为超导材料具有极其优越的物理特性:一是零电阻效应,二是约瑟夫逊效应,三是迈斯纳效应。超导体这些突出特性的重大意义,不亚于半导体的发现。甚至有专家预言,超导体的应用将导致一场新技术革命,特别是在军事领域的应用,将引起一系列巨大变革。 ●军事应用前景广阔 超导体在军事领域的应用将十分广泛。采用超导体材料,可使许多重要的军用装备,如C4I系统、聚能武器、舰艇、飞机、坦克、装甲车辆、导弹等武器的性能得到大幅度的改善。 超导飞机设计制造大功率、小体积的发动机,对提高飞机的作战性能至关重要。目前,飞机所采用的均是磁流体发电,但利用普通磁体,很难使磁场强度高于15高斯,而如果利用超导磁体就能产生数万至几十万高斯的磁场,从而大大提高磁体发电的输出功率。所以,超导技术的突破,为大容量、小型化磁流体发电机的研制成功提供了条件,这种超导发电机正在加速走向实用化。目前,有些国家已在研制几百至一千兆瓦的体积小、重量轻的超导发电机,预计机载大功率超导发电机将成为超导技术在军事上率先得到应用的重点项目。 超导舰船20世纪70年代以来,美、苏、英、日等国积极开展超导技术在海军舰船方面应用的研究,并不断取得成效。美国试制了7500马力的超导驱动系统;英国研制了650马力的超导电磁力推进装置;日本制成了世界上第一艘超导船。超导舰船由于取消了传统的螺旋桨推动部件,因而具有结构简单、维修方便、推力大、航速高、无震动、无噪声、无污染、造价低等诸多优点。潜艇应用超导推进系统后,能有效地消除噪音、降低红外辐射,从而不易被敌方发现,大大提高了舰船的快速机动能力和突防能力。 超导聚能武器聚能武器是把能量汇聚成极细的能束,沿着精确的方向,以接近或等于光速的速度发射出去,对目标进行杀伤。但目前在研制这些武器上几乎都遇到了能源问题。即如何在瞬间向聚能武器提供大量的能源,如激光武器,特别是大功率的战略激光武器耗能巨大,它要求在瞬间提供数十亿至数百亿焦耳的能量,而目前的储能装置储存的能量却非常有限,且体大笨重。而超导技术的发展,

超导材料发展状况综述

材料科学与工程进展课程论文 题目:超导材料发展状况综述 学院: 班级: 学号: 姓名:

目录 摘要 (2) 超导材料的特性 (2) 超导材料发展史 (4) 超导材料的制备 (5) 超导材料的应用 (7) 展望与建议 (9)

新能源材料——超导材料发展状况综述 摘要 随着人类社会的不断发展,人们对于自然能源的需求也与日俱增。然而自然资源是有限的,面对自然资源日渐紧缺、环境遭到破坏等状况的发生,在科学工作者的努力下,各种各样的新能源材料相继面世。本文将从特性、发展史、制备、应用这几个方面,对众多新能源材料中的一种材料——超导材料,做一个综述,以增进广大读者对超导材料的了解。 关键词:超导材料、特性、发展史、制备、应用。 超导材料的特性 超导材料是指具有在一定的低温条件下呈现出电阻等于零以及排斥磁力线的性质的材料。现已发现有28种元素和几千种合金和化合物可以成为超导体。超导材料具有以下特性: 零电阻性 超导材料处于超导态时电阻为零,能够无损耗地传输电能。如果用磁场在超导环中引发感生电流,这一电流可以毫不衰减地维持下去。这种“持续电流”已多次在实验中观察到。超导现象是20世纪的重大发明之一。科学家发现某物质在温度很低时,如铅在7.20K(-265.95摄氏度)以下,电阻就变成了零。 采用“四引线电阻测量法”可测出超导体的R-T特性曲线,如图所示。

图中的R n为电阻开始急剧减小时的电阻值,对应的温度称为起始转变温度T S;当电阻减小到R n/2时的温度称为中点温度T M;当电阻减小至零时的温度为零电阻温度T0。由于超导体的转变温度还与外部环境条件有关,定义在外部环境条件(电流,磁场和应力等)维持在足够低的数值时,测得的超导转变温度称为超导临界温度。 完全抗磁性 1933年,迈斯纳(W.Meissner)发现:当置于磁场中的导体通过冷却过渡到超导态时,原来进入此导体中的磁力线会一下子被完全排斥到超导体之外(见下图),超导体内磁感应强度变为零,这表明超导体是完全抗磁体,这个现象称为迈斯纳效应。 实验表明,超导态可以被外磁场所破坏,在低于T C的任一温度T下,当外加磁场强度H小于某一临界值H C时,超导态可以保持;当H大于H C时,超导态会被突然破坏而转变成正常态。临界磁场强度H C,其值与材料组成和环境温度等有关。超导材料性能由临界温度T C和临界磁场H C两个参数决定,高于临界值时是一般导体,低于此数值时成为超导体。 约瑟夫森效应 当在两块超导体之间存在一块极薄的绝缘层时,超导电子(对)能通过极薄的绝缘层,这种现象称为约瑟夫森(Josephson)效应,相应的装置称为约瑟夫森器件。如图所示。

铁基超导

铁基超导 超导是物理世界中最奇妙的现象之一。正常情况下,电子在金属中运动时,会因为金属晶格的不完整性(如缺陷或杂质等)而发生弹跳损耗能量,即有电阻。而超导状态下,电子能毫无羁绊地前行。这是因为当低于某个特定温度时,电子即成对,这时金属要想阻碍电子运动,就需要先拆散电子对,而低于某个温度时,能量就会不足以拆散电子对,因此电子对就能流畅运动。 传统的解释常规超导体的超导电性的微观理论预言,超导体的最高温度不会超过麦克米兰极限的39K。在以往的研究中,只有1987年发现的铜氧化合物超导体打破了这一极限,被称为高温超导体。最近,在铁基磷族化合物中发现的超导电性其超导临界温度可达55K,同样突破了传统理论预言的麦克米兰极限。这是第一个非铜基的高温超导体,掀起了高温超导研究的又一次热潮。 铁基超导的研究进入了一个空前发展的阶段,各国都在进行这一新材料的研究,铁基超导体薄膜研究进展与铁基超导体大同位素效应就是其中的热点。 从2008年新的铁基高温超导体发现以来,铁基超导薄膜的研究进展相对缓慢。这是因为较难精确控制人们所需要的亚稳相中的多元素配比、以及多种热力学相之间的互相竞争。由于元素配比和不同热力学相竞争所导致的较少量的杂质,在块状材料的合成中有时可以接受,但对低维的薄膜材料却不能允许。迄今已发现四种主要晶体结构的铁基超导体,包括含砷或磷(chalcogens)的1111相、122相、111相,以及含氧硫族元素(pnictogens)的11相。它们都具有超导的Fe-X (X为As、P、Se、S或Te等)层,且前三类超导体中这些层由La-O等隔离层隔开,而超导的11相FeSe、Fe(Se,Te)只有Fe-X层,晶体结构最简单。目前人们只得到了11相的单相、外延、超导薄膜。而对含砷的铁基超导体而言,经过近两年的探索,仍未能得到单相的超导薄膜。 中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室(筹)超导实验室的曹立 新副研究员带领博士生韩烨、李位勇,与相关科研人员合作,在国际上率先制备出单相的外延FeSe超导薄膜(第十届全国超导薄膜和超导电子器件学术研讨会,大连,2008年10月11日-15日),率先发表文章(Journal of Physics: Condensed Matter 21, 235702, 2009),并申请了国家专利。 此后,他们又系统研究了FeSe 、Fe(Se,Te)以及FeTe薄膜,他们发现FeTe 母体在薄膜状态下超导,转变温度13 K,接近Fe(Se,Te)固溶体所能达到的最高值,远高于FeSe薄膜的超导转变温度。而到目前为止,FeTe块材在常压和高压状态下都没有发现超导。人们普遍认为铁基超导电性与自旋密度波密切相关,实验发现高压下自旋涨落在FeSe中明显增强而且超导转变温度提高到37 K;同时,理论计算表明FeTe比FeSe有更强的自旋涨落并可能有更高的超导转变温度。但是实验上FeTe并没有在高压下观察到预期的现象。曹立新等人注意到,在超导的FeTe薄膜中,晶格在生长平面内不是被压缩,而是被拉伸,类似于一种“负压力效应”。同时他们发现,在非超导的FeTe块材中70 K左右出现的结构和自旋涨落的一级相变,在超导薄膜中被明显弱化。 图1 在4种不同基片上沉积生长的FeTe超导薄膜的X射线衍射图谱,32个薄膜的c-轴晶格常数,以及薄膜中Fe-Te-Fe键角的变化情况。可以看出,超导的FeTe薄膜表现出较小的c-轴和较大的a-轴晶格常数以及显著增大的 Fe-Te-Fe键角。

铁基超导材料制备研究进展

2009年第54卷第5期:557~568《中国科学》杂志社 SCIENCE IN CHINA PRESS 评述 铁基超导材料制备研究进展 马廷灿, 万勇, 姜山 中国科学院国家科学图书馆武汉分馆情报研究部, 武汉 430071 E-mail: matingcan@https://www.docsj.com/doc/775844365.html, 2008-12-24收稿, 2009-01-22接受 摘要超导现象于1911年首次被发现, 此后科学家们一直都在寻找拥有更高临界温度的超导材料, 研究重点也逐渐从金属系物质转到铜氧化物. 目前, 物理学界对高温超导机制仍未形成一致看法, 研究人员希望在铜氧化物超导材料以外再找到新的高温超导材料, 以期从新的途径来破译高温超导机理.2008年初, 日本学者发现了临界温度可以达到26 K的新型超导材料——LaO1?x F x FeAs, 这一突破性进展开启了科学界新一轮的高温超导研究热潮. 随后, 科研人员在这一体系中展开了积极的实验和理论研究. 中国科研机构, 特别是中国科学院, 迅速开展了卓有成效的研究工作, 在新一轮的高温超导研究热潮中占据了重要位置. 铁基超导材料的研究正在持续升温, 新的发现层出不穷. 本文按照体系分类, 以时间顺序, 分别对铁基超导材料的四大主要研究体系(“1111”体系、“122”体系、“111”体系和“11”体系)的具体材料制备研究进展进行了分析, 比较全面地介绍了各种铁基超导材料的合成方法及其关键物理参数. 关键词 铁基超导 氧磷族元素化合物临界温度 上临界磁场 固相反应法 自熔法 20世纪最后10年中, 具有ZrCuSiAs结构的稀土过渡金属氧磷族元素化合物陆续被发现, 但研究人员并未发现其中的超导现象[1,2]. 2006年和2007年, 日本东京工业大学前沿合作科学研究中心的细野秀雄教授带领的研究小组(以下简称“细野秀雄小组”)先后发现LaOFeP[3]和LaNiPO[4]在低温下展现出超导电性, 但是由于临界温度皆在10 K以下, 并没有引起特别的关注及兴趣. 2008年1月初, 细野秀雄小组发现在铁基氧磷族元素化合物LaOFeAs中, 将部分氧以掺杂的方式用氟取代, 可使LaO1?x F x FeAs的临界温度达到26 K[5], 这一突破性进展开启了科学界新一轮的高温超导研究热潮. 我国科研机构, 特别是中国科学院, 迅速开展了卓有成效的研究工作, 在新一轮的高温超导研究热潮中占据了重要位置: 3月初, 中国科学院物理研究所王楠林研究员领导的研究小组(以下简称“王楠林小组”)很快就合成了LaO0.9F0.1-δFeAs多晶样品, 并测量了基本物理性质[6]; 3月中旬, 中国科学院物理研究所闻海虎研究员领导的研究小组(以下简称“闻海虎小组”)成功合成出第一种空穴掺杂型铁基超导材料——La1?x Sr x OfeAs[7]; 3月25日和3月26日, 中国科学技术大学陈仙辉教授领导的研究小组(以下简称“陈仙辉小组”)[8]和中国科学院物理研究所王楠林小组[9]分别独立发现临界温度超过40 K的超导体; 3月29日, 中国科学院物理研究所赵忠贤院士领导的小组(以下简称“赵忠贤小组”)发现PrO1?x F x FeAs的超导转变温度可达52 K[10]. 4月中旬, 该小组又先后发现在压力环境下合成的SmO1?x F x FeAs[11]和REFeAsO1?δ[12]超导转变温度进一步升至55 K等. 此外, 研究人员也在不断探索新型铁基超导材料的应用. 4月下旬, 中国科学院电工研究所应用超导重点实验室马衍伟研究员领带的研究小组(以下简称“马衍伟小组”)率先成功研制出超导起始转变温度达25 K的LaO1?x F x FeAs线材[13]. 在此基础上, 该小组与闻海虎小组合作又制备出超导起始转变温度高达52 K的SmO1?x F x FeAs线材[14]. 另据报道, 细野秀雄小组已经在新型铁基超导薄膜制作上取得初步成功[15]. 目前, 根据母体化合物的组成比和晶体结构, 新 https://www.docsj.com/doc/775844365.html, https://www.docsj.com/doc/775844365.html,557

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