来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2014-1-10 2:05:25
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画面5:超导家族的未来

    导语:“超导家族”感觉未来充满着希望和不确定性。回首过去走过的每一步,偶有“无心插柳”的事件发生,但更多则是经年累月的付出与回报。超导家族相信,面对未知世界,勇于尝试、脚踏实地的他们将拥有更加美好的未来。

 
充满希望的未来
 
超导现象源于19世纪末20世纪初对低温世界的好奇。1911年,荷兰莱顿大学的卡末林•昂内斯意外地发现,将汞冷却到4.27K(即-268.98℃)时,汞的电阻突然消失。
 
自1911年超导发现以来,在超导研究的百年历史上共有十人获得了五次诺贝尔物理学奖:1913年,昂内斯因氦气的成功液化和超导的发现获奖;1972年,巴丁、库珀、施里弗因常规金属的超导微观理论——BCS理论(http://zh.wikipedia.org/wiki/BCS理论)获奖;1973年,约瑟夫森和贾埃弗因超导隧道结中的约瑟夫森效应理论预言及实验研究与江崎分享诺贝尔奖;1987年,柏诺兹和缪勒因铜氧化合物高温超导材料的发现而获奖;2003年,阿布里科索夫和金茨堡因超导唯象理论和预言量子磁通涡旋与莱格特分享诺贝尔奖。其中巴丁是历史上唯一获得两次诺贝尔物理学奖的科学家(除他以外仅有居里夫人分别获诺贝尔物理学奖和化学奖各一次),前一次是因为半导体晶体管的发明。我们完全可以乐观地预见,在未来的超导研究还会有更多的诺贝尔奖诞生,这也正说明超导研究是凝聚态物理中长盛不衰的热门领域。
 
未来的超导研究主要集中在三个方面:一是不断提高现有的实用超导材料制备工艺,改善超导器件的性能指标,提高制冷系统的性能,推进超导产业的市场化和规模化;二是不断探索更适合应用的超导材料,如具有较高的临界温度、较大的临界电流密度、好的韧性和塑性、廉价的原料和简易的合成方法等;三是研究清楚现有超导体的微观机理,为寻找新的超导体提供必要的理论指导。三个方面是相辅相成的。
 
寻求更高临界温度的超导体是超导研究的重要目标之一。铜氧化物超导体的临界温度在高压下已经达到了160 K,我们完全有理由相信更高临界温度的超导体会在不久的将来被发现。室温300 K下的超导体也不仅仅是个梦想:现在没有理论证明它能实现,也没有理论证明它不能实现。理论家已经预言,在足够强的压力下(大于400 GPa)氢将可能被压缩成金属态而形成金属氢,它可能是一个室温超导体。另一个被预言的可能室温超导体是碱金属或者碱土金属掺杂的单层石墨烯,这将在超导器件应用上大有用武之地。超导发现的历史告诉我们,超导材料探索之路需要打破常规,充满种种意外和惊喜。我们根本难以预测下一个超导体会是什么类型的材料,这也正是超导研究始终焕发魅力的秘密所在。
 
建立完善的超导微观理论以获得对超导特性的全面理解也是超导研究的重要任务之一。目前人们把能够用BCS理论描述的超导体称为常规超导体,而其他超导体如铜氧化物超导体、铁基超导体、有机超导体和重费米子超导体等统称为非常规超导体,对于其它非常规超导体,或许更需要一个更加普适的理论来进行描述。
 
超导研究是一个充满挑战和机遇的领域,它激起了世界上许多实验物理学家和理论物理学家的浓厚兴趣,挑战着人们对现有物理框架和物理概念的理解,也丰富了我们对大自然的认识。尽管超导的发现已有百余年的历史,但对超导材料和超导物理的研究,仍然是凝聚态物理最活跃最重要的领域之一。
 
部分资料源自:
 
中国科普博览《寻找现实中的哈利路亚山——室温超导体》(罗会仟)
 
 
 
 
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