『壹』 超导体是怎么发现的
超导体,作为固体物理学的一个活跃分支,它的历史只有短短的几十年,而作为一门新技术应用于各个领域,那还是近三十年的事情。但是,不足百年的发展历史,就使它发展成为一门完整的科学,并以极大的优越性应用于电机、输电、磁流体发电、高能物理等方面,在电子技术、空间技术、受控热核反应,甚至与人们生活密切相关的交通运输和医疗等方面,都展示了乐观的前景。
1987年2月25日,国内各大报刊纷纷以大字标题登出了头条新闻:我国超导研究取得重大突破!新闻中讲到,中国科学院物理研究所近日获得起始转变温度在绝对100度以上的高临界温度超导体,“这项研究成果居于国际领先地位”。从此以后,报纸、电视、广播中不断传来世界各国科学家和中国科学家在超导研究中取得重大进展的消息。一时间,像一阵旋风一样,“超导热”席卷了全世界。
当一位平素并不太为人们所了解的演员突然间走红成为明星时,人们会以极大的兴趣来关注这位明星。对于当前科学舞台上超导体这位“明星”来说,大多数人还不够熟悉。那么,到底什么是超导体?超导体的研究有什么用处?超导研究的历史中有哪些重要的里程碑?科学家又为什么会对超导的研究如此重视呢?
『贰』 最早发现超导现象的科学家是谁
抄最早发现超导现象的科学家是昂内斯
海克·卡末林·昂内斯1853~1926),荷兰物理学家,雅号"绝对零度先生",1911年发现了物体的超导性,低温物理学的奠基人。1913年获得诺贝尔物理学奖, 以表彰他对低温物质特性的研究,特别是这些研究导致液氦的生产。
『叁』 人类什么时候发明出超导体
好像1940左右,
『肆』 几几年什么国的物理学家在哪首先发现了超导体
1911年,荷兰科学家卡末林—昂内斯((Heike Kamerlingh-Onnes)用液氦冷却汞,当温度下降到4.2K时,水银的电阻完全消失,这种现象称为超导电性,此温度称为临界温度。根据临界温度的不同,超导材料可以被分为:高温超导材料和低温超导材料[1]。但这里所说的「高温」,其实仍然是远低于冰点摄氏0摄氏度的,对一般人来说算是极低的温度。1933年,迈斯纳和奥克森菲尔德两位科学家发现,如果把超导体放在磁场中冷却,则在材料电阻消失的同时,磁感应线将从超导体中排出,不能通过超导体,这种现象称为抗磁性。经过科学家们的努力,超导材料的磁电障碍已被跨越,下一个难关是突破温度障碍,即寻求高温超导材料。
1973年,发现超导合金――铌锗合金,其临界超导温度为23.2K,这一记录保持了近13年。
1986年,设在瑞士苏黎世的美国IBM公司的研究中心报道了一种氧化物(镧钡铜氧化物)具有35K的高温超导性。此后,科学家们几乎每隔几天,就有新的研究成果出现。
1986年,美国贝尔实验室研究的超导材料,其临界超导温度达到40K,液氢的“温度壁垒”(40K)被跨越。
1987年,美国华裔科学家朱经武以及中国科学家赵忠贤相继在钇-钡-铜-氧系材料上把临界超导温度提高到90K以上,液氮的“温度壁垒”(77K)也被突破了。1987年底,铊-钡-钙-铜-氧系材料又把临界超导温度的记录提高到125K。从1986-1987年的短短一年多的时间里,临界超导温度提高了近100K。
来自德国、法国和俄罗斯的科学家利用中子散射技术,在高温超导体的一个成员单铜氧层Tl2Ba2CuO6+δ中观察到了所谓的磁共振模式,进一步证实了这种模式在高温超导体中存在的一般性。该发现有助于对铜氧化物超导体机制的研究。
高温超导体具有更高的超导转变温度(通常高于氮气液化的温度),有利于超导现象在工业界的广泛利用。高温超导体的发现迄今已有16年,而对其不同于常规超导体的许多特点及其微观机制的研究,却仍处于相当“初级”的阶段。这一点不仅反映在没有一个单一的理论能够完全描述和解释高温超导体的特性,更反映在缺乏统一的、在各个不同体系上普遍存在的“本征”实验现象。本期Science所报道的结果意味着中子散射领域里一个长期存在的困惑很有可能得到解决。
早在1991年,法国物理学家利用中子散射技术在双铜氧层YBa2Cu3O6+δ超导体单晶中发现了一个微弱的磁性信号。随后的实验证明,这种信号仅在超导体处于超导状态时才显著增强并被称为磁共振模式。这个发现表明电子的自旋以某种合作的方式产生一种集体的有序运动,而这是常规超导体所不具有的。这种集体运动有可能参与了电子的配对,并对超导机制负责,其作用类似于常规超导体内引起电子配对的晶格振动。但是,在另一个超导体La2-xSrxCuO4+δ(单铜氧层)中,却无法观察到同样的现象。这使物理学家怀疑这种磁共振模式并非铜氧化物超导体的普遍现象。1999年,在Bi2Sr2CaCu2O8+δ单晶上也观察到了这种磁共振信号。但由于Bi2Sr2CaCu2O8+δ与YBa2Cu3O6+δ一样,也具有双铜氧层结构,关于磁共振模式是双铜氧层的特殊表征还是“普遍”现象的困惑并未得到彻底解决。
理想的候选者应该是典型的高温超导晶体,结构尽可能简单,只具有单铜氧层。困难在于,由于中子与物质的相互作用很弱,只有足够大的晶体才可能进行中子散射实验。随着中子散射技术的成熟,对晶体尺寸的要求已降低到0.1厘米3的量级。晶体生长技术的进步,也使Tl2Ba2CuO6+δ单晶体的尺寸进入毫米量级,而它正是一个理想的候选者。科学家把300个毫米量级的Tl2Ba2CuO6+δ单晶以同一标准按晶体学取向排列在一起,构成一个“人造”单晶,“提前”达到了中子散射的要求。经过近两个月散射谱的搜集与反复验证,终于以确凿的实验数据显示在这样一个近乎理想的高温超导单晶上也存在磁共振模式。这一结果说明磁共振模式是高温超导的一个普遍现象。而La2-xSrxCuO4+δ体系上磁共振模式的缺席只是“普遍”现象的例外,这可能与其结构的特殊性有关。
关于磁共振模式及其与电子间相互作用的理论和实验研究一直是高温超导领域的热点之一,上述结果将引起许多物理学家的关注与兴趣。
20世纪80年代是超导电性的探索与研究的黄金年代。1981年合成了有机超导体,1986年缪勒和柏诺兹发现了一种成分为钡、镧、铜、氧的陶瓷性金属氧化物LaBaCuO4,其临界温度约为35K。由于陶瓷性金属氧化物通常是绝缘物质,因此这个发现的意义非常重大,缪勒和柏诺兹因此而荣获了1987年度诺贝尔物理学奖。
1987年在超导材料的探索中又有新的突破,美国休斯顿大学物理学家朱经武小组与中国科学院物理研究所赵忠贤等人先后研制成临界温度约为90K的超导材料YBCO(钇铋铜氧)。
1988年初日本研制成临界温度达110K的Bi-Sr-Ca-Cu-O超导体。至此,人类终于实现了液氮温区超导体的梦想,实现了科学史上的重大突破。这类超导体由于其临界温度在液氮温度(77K)以上,因此被称为高温超导体。
自从高温超导材料发现以后,一阵超导热席卷了全球。科学家还发现铊系化合物超导材料的临界温度可达125K,汞系化合物超导材料的临界温度则高达135K。如果将汞置于高压条件下,其临界温度将能达到难以置信的164K。
1997年,研究人员发现,金铟合金在接近绝对零度时既是超导体同时也是磁体。1999年科学家发现钌铜化合物在45K时具有超导电性。由于该化合物独特的晶体结构,它在计算机数据存储中的应用潜力将是非常巨大的。
自2007年12月开始,中国科学院物理研究所的陈根富博士已投入到镧氧铁砷非掺杂单晶体的制备中。今年2月18日,日本东京工业大学的细野秀雄教授和他的合作者在《美国化学会志》上发表了一篇两页的文章,指出氟掺杂镧氧铁砷化合物在零下247.15摄氏度时即具有超导电性。在长期研究中保持着跨界关注习惯的陈根富和王楠林研究员立即捕捉到了这一消息的价值,王楠林小组迅速转向制作掺杂样品,他们在一周内实现了超导并测量了基本物理性质。
几乎与此同时,物理所闻海虎研究组通过在镧氧铁砷材料中用二价金属锶替换三价的镧,发现有临界温度为零下248.15摄氏度以上的超导电性。
3月25日和3月26日,中国科学技术大学陈仙辉组和物理所王楠林组分别独立发现临界温度超过零下233.15摄氏度的超导体,突破麦克米兰极限,证实为非传统超导。
3月29日,中国科学院院士、物理所研究员赵忠贤领导的小组通过氟掺杂的镨氧铁砷化合物的超导临界温度可达零下221.15摄氏度,4月初该小组又发现无氟缺氧钐氧铁砷化合物在压力环境下合成超导临界温度可进一步提升至零下218.15摄氏度。
为了证实(超导体)电阻为零,科学家将一个铅制的圆环,放入温度低于Tc=7.2K的空间,利用电磁感应使环内激发起感应电流。结果发现,环内电流能持续下去,从1954年3月16日始,到1956年9月5日止,在两年半的时间内的电流一直没有衰减,这说明圆环内的电能没有损失,当温度升到高于Tc时,圆环由超导状态变正常态,材料的电阻骤然增大,感应电流立刻消失,这就是著名的昂尼斯持久电流实验。
[编辑本段]超导技术谈
1911年,荷兰莱顿大学的卡茂林-昂尼斯意外地发现,将汞冷却到-268.98℃时,汞的电阻突然消失;后来他又发现许多金属和合金都具有与上述汞相类似的低温下失去电阻的特性,由于它的特殊导电性能,卡茂林-昂尼斯称之为超导态。卡茂林由于他的这一发现获得了1913年诺贝尔奖。
这一发现引起了世界范围内的震动。在他之后,人们开始把处于超导状态的导体称之为“超导体”。超导体的直流电阻率在一定的低温下突然消失,被称作零电阻效应。导体没有了电阻,电流流经超导体时就不发生热损耗,电流可以毫无阻力地在导线中流大的电流,从而产生超强磁场。
1933年,荷兰的迈斯纳和奥森菲尔德共同发现了超导体的另一个极为重要的性质,当金属处在超导状态时,这一超导体内的磁感兴强度为零,却把原来存在于体内的磁场排挤出去。对单晶锡球进行实验发现:锡球过渡到超导态时,锡球周围的磁场突然发生变化,磁力线似乎一下子被排斥到超导体之外去了,人们将这种现象称之为“迈斯纳效应”。
后来人们还做过这样一个实验:在一个浅平的锡盘中,放入一个体积很小但磁性很强的永久磁体,然后把温度降低,使锡盘出现超导性,这时可以看到,小磁铁竟然离开锡盘表面,慢慢地飘起,悬空不动。
迈斯纳效应有着重要的意义,它可以用来判别物质是否具有超性。
为了使超导材料有实用性,人们开始了探索高温超导的历程,从1911年至1986年,超导温度由水银的4.2K提高到23.22K(绝对零度代号为 K = -273℃)。86年1月发现钡镧铜氧化物超导温度是30度,12月30日,又将这一纪录刷新为40.2K,87年1月升至43K,不久又升至46K和53K,2月15日发现了98K超导体,很快又发现了14℃下存在超导迹象,高温超导体取得了巨大突破,使超导技术走向大规模应用。
超导材料和超导技术有着广阔的应用前景。超导现象中的迈斯纳效应使人们可以到用此原理制造超导列车和超导船,由于这些交通工具将在无摩擦状态下运行,这将大大提高它们的速度和安静性能。超导列车已于70年代成功地进行了载人可行性试验,1987年开始,日本国开始试运行,但经常出现失效现象,出现这种现象可能是由于高速行驶产生的颠簸造成的。超导船已于1992年1月27日下水试航,目前尚未进入实用化阶段。利用超导材料制造交通工具在技术上还存在一定的障碍,但它势必会引发交通工具革命的一次浪潮。
超导材料的零电阻特性可以用来输电和制造大型磁体。超高压输电会有很大的损耗,而利用超导体则可最大限度地降低损耗,但由于临界温度较高的超导体还未进入实用阶段,从而限制了超导输电的采用。随着技术的发展,新超导材料的不断涌现,超导输电的希望能在不久的将来得以实现。
现有的高温超导体还处于必须用液态氮来冷却的状态,但它仍旧被认为是20世纪最伟大的发现之一。
『伍』 超导体是怎么发现的呢
超导体的发现颇为不易。一个世纪以来,超导体的研究使4位科学家先后获诺贝尔奖。在版19世纪,物理学家便已发权现纯金属导体的电阻率随着温度的降低而变小。1911年荷兰莱顿大学实验物理学教授卡麦林·昂尼斯发现汞的电阻在接近绝对零度(零下273摄氏度)的低温时急剧下降以至完全消失,他在1913年发表的一篇论文中首次用到“超导电性”一词。由于这一成就,昂内斯获得1913年诺贝尔物理学奖。
1933年,德国物理学家迈斯纳等人又发现,超导材料的温度低于临界温度而进入超导态之后,其体内的磁感应强度总是零。这种现象因它的发现者而得名“迈斯纳效应”。1962年英国剑桥大学研究生约瑟夫森提出,夹有薄绝缘层的两块超导体之间,即使不加电压也可通过一定数值的直流隧道电流。这一现象称为“约瑟夫森效应”。他因这一发现获得1973年度诺贝尔物理奖。
1986年,德国物理学家柏诺兹和瑞士物理学家缪勒发现一种氧化物材料,其超导转变温度比以往的超导材料高出12摄氏度。这一发现是超导研究的重大突破,柏诺兹和缪勒也因此获1987年诺贝尔物理奖。
『陆』 是谁发现超导体的两个基本特性的
零电阻和完来全抗磁性是超导体具有的自两个基本特性。1911年,荷兰科学家昂内斯用液氦冷却水银,当温度下降到4.2K(相当于-269%℃)时发现水银的电阻完全消失了,出现了“零电阻”现象。由于没有一丝一毫的电阻,因而电量能从其中毫无阻碍的穿过,这种现象被称为超导电性。1933年,迈斯纳和奥克森菲尔德两位科学家发现,如果把物体放在低温磁场中冷却,在其电阻消失的同时,也开始排斥磁场,这种现象被称为抗磁性。
『柒』 超导体是怎么被发现的呢
超导体的发现颇为不易。一个世纪以来,超导体的研究使4位科学家先后获诺内贝尔奖。在容19世纪,物理学家便已发现纯金属导体的电阻率随着温度的降低而变小。1911年荷兰莱顿大学实验物理学教授卡麦林•昂尼斯发现汞的电阻在接近绝对零度(零下273摄氏度)的低温时急剧下降以至完全消失,他在1913年发表的一篇论文中首次用到“超导电性”一词。由于这一成就,昂内斯获得1913年诺贝尔物理学奖。
『捌』 几几年的哪个国家的物理学家谁首先发现了超导现象
1911年,荷兰来莱顿大学的卡茂林·昂尼自斯意外地发现,将汞冷却到-268.98°C时,汞的电阻突然消失;后来他又发现许多金属和合金都具有与上述汞相类似的低温下失去电阻的特性,由于它的特殊导电性能,卡茂林·昂尼斯称之为超导态。卡茂林由于他的这一发现获得了1913年诺贝尔奖。
参考资料:网络
『玖』 是谁发现的超导材料
超导材料是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。超导材料最早是由荷兰物理学家开默林·昂内斯发现的。
1911年,开默林·昂内斯在实验室研究水银在低温下电阻变化的情况时,他发现水银的电阻随着温度下降而减小,当温度降到-269℃时,水银的电阻突然消失了。这一发现,在科学界引起了强烈的反响。自此以后,科学家们把这种现象称为超导电现象,把能产生超导现象的材料称为超导材料。从这以后,各国的科学家们对超导的本质和原理进行了深入的研究。
1986年,瑞士物理学家米勒和德圈物理学家贝德诺尔茨发现了氧化物陶瓷材料的超导电性,这一发现为超导材料的应用开辟了广阔的前景,米勒和贝德诺尔茨也因此而获得1987年诺贝尔物理学奖。
超导材料所具有的优异特性从它被发现之日起,就向人类展示了诱人的应用前景。目前,超导技术已广泛应用于微电子、电子计算机、生物工程、探矿、医学等领域,超导技术已经成为21世纪的战略技术,它的研制和发展,被称为现代技术的一场革命。
『拾』 超导现象是怎样被发现的
最早发现超导现象的是荷兰物理学家卡末林·昂内斯。1911年,超导现象的发现,导致了超导物理学的诞生。由于低温物理学上的重大突破和成功地液化了氦气,昂内斯获得了1913年的诺贝尔物理学奖,昂内斯是第一个因为超导理论的研究而获此殊荣的科学家。 超导革命已经进行了很长时间。超导性在托马斯·爱迪生的时代已经为人所知,所以就其本身而言并不是什么新发现。19世纪末,人们发现了一个奇怪的现象:当温度下降到一定程度的时候,某种金属、合金、化合物的电阻会突然消失,成了一点儿电阻也没有的理想导体,这就是超导状态。具有这种特性的物质,就称为超导体。后来,科学家发现:只要外部的磁场不太强,在超导状态下,磁力线根本不能穿过超导体,也就是说在超导状态下,超导体中的磁力线等于零,科学家称其为“完全抗磁性”。 最早通过降温和加压的方法对气体实现液化的是法拉第,他从1823年开始进行气体的液化实验。从1823年到1845年,除了氢、氧、氦等少数几种气体外,物理学家们对大部分气体实现了液化。1877年法国科学家液化了氧气,1883年奥匈帝国的两位科学家液化了氮气,接着英国科学家液化了氢气。1908年,昂内斯液化了氦气。至此,所有的“永久气体”都实现了液化。昂内斯在实现氦气液化时发现了著名的超导现象。 昂内斯1853年出生在荷兰格罗宁根,20岁获得博士学位,从1882年起担任荷兰莱顿大学的物理学教授和实验室主任。1908年,昂内斯和他的学生成功地液化了氦气,并达到当时地球上所能达到的最低温度-4.2K。1911年,昂内斯和他的学生们选择了最容易提纯的水银作为实验材料,进行了各种低温实验。当温度降低到绝对温标4.2K,也就是摄氏-269度的时候,电阻突然奇怪地消失了!经过反复实验和检验,“超导电性”现象终于被发现了。为了进一步检验这个结果,昂内斯于1914年又设计了一个非常巧妙的实验:用超导体作了一个闭合线圈,并利用磁场在这个线圈中激发出了一个感应电流,想看一看这个电流会不会衰减。实验结果表明:这个超导线圈中的电流在两年中没有一点儿衰减的迹象。 在发现了超导现象、并验证了超导状态下的电阻确实接近零以后,昂内斯认识到:如果利用超导材料绕制一个线圈,因为没有电阻,所以在电流通过时就不会产生任何热量,于是就可以在不消耗能量的情况下获得一个很强的磁场供人们使用。但是,昂内斯的设想并没有很快实现。直到20世纪60年代,科学家们才发现在电流很大、磁场很强的状态下还能保持超导特性的材料,超导的应用才成为可能。 超导物理作为一个有近百年历史的学科,是随着对超导电性的研究、认识不断加深发展起来的,特别是20世纪50年代以来取得了一系列重大突破,引发了今天的高温超导电性机理及超导材料研究的热潮。超导研究成果已在科研、医疗、交通、通信、军事、电力和能源等领域得到了应用。但这还只是序幕,超导研究与应用在21世纪将为人们展现更加绚丽辉煌的前景。 超导应用将对电力输送产生巨大影响。保罗·格兰特在英国《新科学家》周刊2001年10月13日一期发表文章介绍,超导电缆的输电能力是同等尺寸的铜质电缆输电能力的三倍。就在这一年的1月10日,日本青山学院教授秋光纯宣布,他的研究小组发现,金属间化合物二硼化镁具有超导电性,超导转变温度高达39K。二硼化镁很便宜,而且很容易被加工成导线,从而使超导电缆的价格大幅度降低。2001年5月,丹麦开始通过超导电缆向哥本哈根的15万户家庭输送电力。日本东京也正在进行实验。预计美国能源部很快将宣布三项新的超导电缆建设计划以及一个全超导变电站的改造计划。 正如《新科学家》杂志所指出的:超导革命已经启动,而且势不可挡