超導(dǎo)簡(jiǎn)介課件

超導(dǎo)簡(jiǎn)介1.超導(dǎo)是怎樣發(fā)現(xiàn)的？2.超導(dǎo)體有哪幾個(gè)臨界參量？3.什么是邁斯納效應(yīng)？4.傳統(tǒng)超導(dǎo)體必須同時(shí)具有什么特性？5.BCS理論是什么？6.何為第一類(lèi)超導(dǎo)體？何為第二類(lèi)超導(dǎo)體？7.什么是高溫超導(dǎo)？8.什么是約瑟夫森效應(yīng)？9.超導(dǎo)有何應(yīng)用？一超導(dǎo)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)

1908年，荷蘭物理學(xué)家卡末林·昂內(nèi)斯(Hei-keKamerlinghOnnes，1853－1926)首次液化了

之前，人們已經(jīng)知道，隨著溫度的降低，金屬的電阻也會(huì)越來(lái)越小。那么，隨著溫度降到熱力學(xué)溫度零度附近時(shí)金屬的電阻會(huì)怎樣變化呢？

1911年，卡末林·昂內(nèi)斯和他的學(xué)生一起，選擇了當(dāng)時(shí)最容易提純的水銀作為實(shí)驗(yàn)材料，在液氦的溫度下進(jìn)行了認(rèn)真的研究。實(shí)驗(yàn)的結(jié)果使他們大吃一驚。當(dāng)溫度降到4.2K

左右時(shí)，水銀氦氣。人們第一次達(dá)到了當(dāng)時(shí)地球上的最低溫度，大約4.2K

左右。的電阻竟然突然地消失了！

經(jīng)過(guò)反復(fù)檢查后，卡末林·昂內(nèi)斯終于證實(shí)了這是真實(shí)的情況。

昂內(nèi)斯因?qū)ξ镔|(zhì)低溫性質(zhì)的研究和液氦的制備而獲得1913年度的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。二超導(dǎo)體的三個(gè)臨界參量1.超導(dǎo)體的臨界溫度Tc

在一定值的溫度下，電阻突然變到零，或者說(shuō)電阻完全消失，這種狀態(tài)稱為超導(dǎo)態(tài)(super-

超導(dǎo)體在剛剛進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)的溫度叫作超導(dǎo)臨界溫度(superconductingcriticaltemperature)，一些元素的超導(dǎo)臨界溫度超導(dǎo)體(superconductor)。conductingstate)，而具有這種特性的物質(zhì)就稱為用Tc表示。

一些超導(dǎo)材料的臨界溫度

超導(dǎo)臨界溫度提高的情況

超導(dǎo)體的電阻值比它在0℃的電阻值至少要小10-10倍。

電阻率也遠(yuǎn)小于10-23Ω·cm。而0℃時(shí)，良導(dǎo)體銅的電阻率為1.6×10-6Ω·cm，超導(dǎo)體的電阻實(shí)際上可看作零。2.超導(dǎo)體的臨界磁場(chǎng)Hc

當(dāng)通到線圈的電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)超過(guò)一定強(qiáng)度時(shí)，超導(dǎo)體會(huì)突然就變成正常導(dǎo)體，出現(xiàn)了電阻。這種大到一定強(qiáng)度就破壞超導(dǎo)態(tài)的磁場(chǎng)值，實(shí)驗(yàn)表明對(duì)一定的超導(dǎo)體臨界磁場(chǎng)是溫度的叫做臨界磁場(chǎng)，用Hc表示。函數(shù)。T=Tc時(shí)，Hc

=0Hc不僅與超導(dǎo)體本身性質(zhì)有關(guān)，還與溫度T有關(guān)，Hc(T)=Hc(0)Hc(0)為T(mén)→0時(shí)的臨界磁場(chǎng)。[1－(T／Tc)2]T→0時(shí)，Hc達(dá)到最大值。高于臨界值是一般導(dǎo)體，低于此數(shù)值時(shí)成為超導(dǎo)體。3.超導(dǎo)體的臨界電流Ic

實(shí)驗(yàn)表明，如果在不加磁場(chǎng)的情況下，當(dāng)通過(guò)超導(dǎo)體的電流大到一定程度時(shí)，也將會(huì)破壞超Ic的大小隨溫度T的高低而變化，三邁斯納效應(yīng)1933年，德國(guó)物理學(xué)家邁斯納

(W.F.Meissner，1882－1974)和奧克森菲爾德

(R.Ochsenfeld)對(duì)錫單晶體超導(dǎo)體做磁場(chǎng)分布測(cè)量時(shí)，在小磁場(chǎng)中把金屬冷卻進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)時(shí)，超導(dǎo)導(dǎo)態(tài)，這個(gè)電流值叫做臨界電流，用Ic表示。Ic為零。在Tc下，體內(nèi)的磁感應(yīng)線似乎一下子被“排斥”出去，保持體內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度

B

=0。

實(shí)驗(yàn)表明，不論在進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)之前金屬體內(nèi)有沒(méi)有磁感應(yīng)線，當(dāng)它進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)后，只要外磁場(chǎng)B0＜

Bc，超導(dǎo)內(nèi)B總是等于零，即B

=0。由此可求得金屬在超導(dǎo)態(tài)的相對(duì)磁導(dǎo)率μr=－1(μr

＜

0，抗磁質(zhì)，物

質(zhì)具有抗磁性

)，超導(dǎo)體具有完全抗磁性(perfectdiamagnetism)。也稱為邁斯納效應(yīng)(Meissnereffect)。

超導(dǎo)體的邁斯納效應(yīng)的意義在于否定了超導(dǎo)體是理想導(dǎo)體的概念。電阻為零和完全抗磁性是超導(dǎo)體最基本的兩個(gè)性質(zhì)，衡量一種材料是否具

根據(jù)超導(dǎo)體完全抗磁性的性質(zhì)，人們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)有趣的實(shí)驗(yàn)，如果把一塊磁鐵放在一個(gè)超有超導(dǎo)性必須看是否同時(shí)有零電阻和邁斯納效應(yīng)。

邁斯納效應(yīng)表明，處于超導(dǎo)態(tài)的超導(dǎo)體是一個(gè)具有完全抗磁性的抗磁體。實(shí)際上磁場(chǎng)強(qiáng)度B有一穿透深度穿透深度導(dǎo)體做成的盤(pán)子中，由于磁鐵的磁力線無(wú)法穿透超導(dǎo)體，兩者之間將產(chǎn)生一個(gè)斥力，磁鐵就會(huì)懸浮起來(lái)。

這種情況就象是在超導(dǎo)盤(pán)下方，有一塊相同的鏡象磁鐵存在一樣。

根據(jù)這種原理，可以利用超導(dǎo)體做成無(wú)摩擦軸承、高精度的導(dǎo)航用超導(dǎo)陀螺儀以及磁懸浮列車(chē)等。四傳統(tǒng)超導(dǎo)體的微觀機(jī)制1.二流體模型

荷蘭物理學(xué)家戈特和卡西米爾兩個(gè)人在熱力學(xué)理論的基礎(chǔ)上提出了一個(gè)模型。在超導(dǎo)體中存在有兩種電子，它們彼此獨(dú)立地流動(dòng)。一種是正常的電子，另一種是超導(dǎo)電子。這兩種電子就象兩種流體一樣在超導(dǎo)體中流動(dòng)。在正常態(tài)時(shí)，只有正常電子，所以它的行為就和正常導(dǎo)體一樣，存在電阻。當(dāng)T降到Tc以下時(shí)，進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)，這時(shí)超導(dǎo)體就出現(xiàn)了超導(dǎo)電子，它們可以不受任何阻礙地在超導(dǎo)體中流動(dòng)，T越低，超導(dǎo)電子就越多。當(dāng)T無(wú)限地接近熱力學(xué)溫度零度時(shí)，超導(dǎo)體中就只有超導(dǎo)電子存在了。這樣一個(gè)模型，稱為“二流體模型”。2.同位素效應(yīng)1950年，一位叫弗勒利希的英國(guó)物理學(xué)家提出，產(chǎn)生超導(dǎo)的相互作用是電子和點(diǎn)陣之間的相互作用。弗勒利希的理論也提出了一個(gè)預(yù)言，超導(dǎo)體的Tc將反比于構(gòu)成該超導(dǎo)體的同位素質(zhì)量的平方根。Tc∝同位素質(zhì)量越大，Tc就越低。這一效應(yīng)叫做同位素效應(yīng)。如水銀M從199.5

變化到203.4原子質(zhì)量單位時(shí)，Tc從4.185K變到4.146K。

同位素：具有相同數(shù)目質(zhì)子和不同數(shù)目中子的元素，在化學(xué)性質(zhì)上是相同的，它們叫做同位素。

幾乎就在同時(shí)，美國(guó)有兩個(gè)實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家組成的小組分別在實(shí)驗(yàn)室中發(fā)現(xiàn)，超導(dǎo)體的Tc確實(shí)反比于超導(dǎo)體的同位素質(zhì)量的平方根。

電子和點(diǎn)陣的相互作用一定是產(chǎn)生超導(dǎo)的原因所在。

3.庫(kù)珀對(duì)1956年的時(shí)候，有一位叫利昂·庫(kù)珀(LeonNorthCooper,1930－)的美國(guó)物理學(xué)家又提出一個(gè)重要的觀點(diǎn)：當(dāng)滿足一定條件，在電子和電子之間存在有吸引力時(shí)，這兩個(gè)電子就會(huì)形成一個(gè)“電子對(duì)”，它們被束縛在一起。這樣的“電子對(duì)”稱為“庫(kù)珀對(duì)”。

電子對(duì)圖象的提出，終于使人們初步看到了超導(dǎo)體內(nèi)部的微觀機(jī)制的真相。

4.超導(dǎo)電性的BCS理論1957年，約翰·巴丁(JohnBardeen,1908－1991，美國(guó))、利昂·庫(kù)珀和約翰·施里弗(JohnRobertSchrieffer,1931－，美國(guó))三人共同創(chuàng)立了近代超導(dǎo)微觀理論，被稱為超導(dǎo)BCS理論。(巴庫(kù)施理論)

金屬中的原子離解為帶負(fù)電的自由電子和帶正電的離子，離子排列成周期性的點(diǎn)陣。在金屬的T＞Tc的情況下，自由電子在金屬導(dǎo)體中運(yùn)動(dòng)時(shí)，它與金屬晶格點(diǎn)陣上的離子發(fā)生碰撞而散射，這就是金屬導(dǎo)體具有電阻的原因。金屬導(dǎo)體的電阻

當(dāng)金屬的T＜Tc時(shí)，導(dǎo)體具有超導(dǎo)電性。BCS理論認(rèn)為，自由電子在點(diǎn)陣中運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于異號(hào)電荷間的吸引力作用，影響了晶體點(diǎn)陣的振動(dòng)，從而使晶體內(nèi)局部區(qū)域發(fā)生畸變，晶體內(nèi)部的畸變可以像波動(dòng)一樣從一處傳至另一處。從量子觀點(diǎn)看，光子是光波傳播過(guò)程中的能量子；仿此，晶體中由點(diǎn)陣的振動(dòng)產(chǎn)生畸變而傳播的點(diǎn)陣波的能量子，稱為“聲子”，聲子可被晶體中的自由電子所吸收，于是兩個(gè)自由電子通過(guò)交換聲子而耦合起來(lái)。這就像一個(gè)電子發(fā)射的聲子，被另一個(gè)電子所吸收。于是兩電子之間彼此吸引，成為束縛在一起的電子對(duì)，這就是常稱的“庫(kù)珀對(duì)”。研究表明，組成庫(kù)珀對(duì)的兩個(gè)電子之間的距離約為10-6m，而晶體的晶格常數(shù)約為10-10m，即在晶體中庫(kù)珀對(duì)要伸展到數(shù)千個(gè)原子的范圍內(nèi)。進(jìn)一步的研究還表明，庫(kù)珀對(duì)中的兩個(gè)電子的自旋和動(dòng)量均等值相反，所以每一庫(kù)珀對(duì)的動(dòng)量之和為零。庫(kù)珀對(duì)的結(jié)合是松散的。

5.倫敦方程

德國(guó)物理學(xué)家F·倫敦和H·倫敦兄弟倆經(jīng)過(guò)一年的努力，在

1935年發(fā)表文章提出了適用于超導(dǎo)電子的兩個(gè)新的方程。這兩個(gè)方程被人們稱為“倫敦方程”。第一倫敦方程ns：庫(kù)珀對(duì)的數(shù)密度m=2me庫(kù)珀對(duì)的質(zhì)量js

持續(xù)電流密度q=－2e庫(kù)珀對(duì)攜帶的電量

第一倫敦方程是確定電流密度與電場(chǎng)強(qiáng)度的第二倫敦方程js=

倫敦方程和麥克斯韋方程組結(jié)合起來(lái)，就說(shuō)明了超導(dǎo)體的各種電磁性質(zhì)，也解釋了不久前發(fā)現(xiàn)的邁斯納效應(yīng)。方程。取代正常金屬歐姆定律jn=σE。B

倫敦方程是唯象理論(唯象理論：預(yù)先作一些工作假定，在這些假定的基礎(chǔ)上再結(jié)合其他基本理論來(lái)說(shuō)明某些物理現(xiàn)象。)倫敦方程表明：靜電時(shí)超導(dǎo)體內(nèi)電場(chǎng)為零，E=0即完全抗電體。

第二倫敦方程表明：超導(dǎo)電流是有旋的，可以在一環(huán)形回路中形成持續(xù)的超導(dǎo)環(huán)流。

倫敦方程可以證明js和B都只存在于超導(dǎo)體稱為倫敦穿透深度，實(shí)驗(yàn)測(cè)出約50nm。表面厚度約為的一層內(nèi)，亦即有邁斯納效應(yīng)。五第二類(lèi)超導(dǎo)體

早在20世紀(jì)30年代時(shí)，物理學(xué)家就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在某些合金材料的超導(dǎo)體中，臨界磁場(chǎng)可以有很高的值。而且當(dāng)外磁場(chǎng)增加到一定的程度后，超導(dǎo)體內(nèi)也開(kāi)始有磁場(chǎng)滲入，而超導(dǎo)態(tài)卻依然存在，直到外磁場(chǎng)達(dá)到更高的臨界值時(shí)，超導(dǎo)體才進(jìn)入正常態(tài)。這種類(lèi)型的超導(dǎo)體有兩個(gè)臨界磁場(chǎng)：Hc1和

Hc2。1.第一類(lèi)超導(dǎo)體只有一個(gè)臨界磁場(chǎng)Hc和正常態(tài)、超導(dǎo)態(tài)兩種2.第二類(lèi)超導(dǎo)體

具有兩個(gè)臨界磁場(chǎng)Hc1、Hc2，

并且可以經(jīng)歷超導(dǎo)態(tài)、混合態(tài)和正常態(tài)這三種狀態(tài)的超狀態(tài)的超導(dǎo)體叫第一類(lèi)超導(dǎo)體。導(dǎo)體，叫第二類(lèi)超導(dǎo)體。

第二類(lèi)超導(dǎo)體又有理想第二類(lèi)超導(dǎo)體和非理想第二類(lèi)超導(dǎo)體的區(qū)別。(1)理想第二類(lèi)超導(dǎo)體

在混合態(tài)中，超導(dǎo)體內(nèi)的磁通線非常整齊的按一定的幾何圖形排列，后來(lái)稱為“磁通格子”。

在第一類(lèi)超導(dǎo)體中，由于體內(nèi)磁場(chǎng)為零，所以電流只能在其表面很薄的一層中流過(guò)，超導(dǎo)體內(nèi)很大的空間中卻沒(méi)有電流，這樣就限制了超導(dǎo)體的臨界電流。

在第二類(lèi)超導(dǎo)體的混合態(tài)中，超導(dǎo)體內(nèi)有磁通線存在，而在磁通線周?chē)袦u旋電流流動(dòng)。當(dāng)磁通線均勻排列時(shí)，這些渦旋電流彼此抵消，所以體內(nèi)無(wú)電流通過(guò)。這就是理想第二類(lèi)超導(dǎo)體。(2)非理想第二類(lèi)超導(dǎo)體

磁通量子（fluxon）F.倫敦在1950年時(shí)就預(yù)言說(shuō)，超導(dǎo)體中磁通量的變化是不連續(xù)的,有一個(gè)最小的單位φ0=hc／e。

在20世紀(jì)60年代初，人們從實(shí)驗(yàn)上也觀察到了磁通量的量子化，它與F.倫敦的預(yù)言只差兩倍。超導(dǎo)體中是電子對(duì)起作用，而電子對(duì)的電荷非理想第二類(lèi)超導(dǎo)體數(shù)為2e，所以φ0=hc／2e。

但如果磁通線在超導(dǎo)體內(nèi)分布不均勻時(shí)，體內(nèi)各處的渦旋電流不能完全抵消，就會(huì)出現(xiàn)體內(nèi)的電流。

人們?cè)O(shè)想在材料的加工過(guò)程中，有意的在超導(dǎo)體內(nèi)形成一些缺陷，這些缺陷將阻礙磁通線的運(yùn)動(dòng)，把它們固定下來(lái)。這樣就提高了超導(dǎo)體承載宏觀電流的能力，從而提高了臨界電流值。這樣的超導(dǎo)體就是非理想第二類(lèi)超導(dǎo)體。

利用這樣的方法，人們終于在1961年使用非理想第二類(lèi)超導(dǎo)體鈮三錫(

Nb3Sn)首次制成了第一個(gè)強(qiáng)磁場(chǎng)超導(dǎo)磁體(superconductingmagnet)。隨著第二類(lèi)超導(dǎo)體認(rèn)識(shí)的深入，超導(dǎo)應(yīng)用的序幕終于拉開(kāi)了。六約瑟夫森效應(yīng)1.能隙

在超導(dǎo)體的電子能譜中，有一小塊空白的區(qū)域，不允許電子具有這塊區(qū)域中的能量。這個(gè)不能有電子存在的能量間隔就叫超導(dǎo)能隙。2.隧道效應(yīng)

量子力學(xué)中，在原子電子的微觀世界中，一個(gè)能量不高的電子可以通過(guò)“開(kāi)鑿”一條看不見(jiàn)的隧道，而越過(guò)能量很高的勢(shì)能。當(dāng)然，并不是每個(gè)電子都能夠這樣，量子力學(xué)指出，電子對(duì)勢(shì)能的這種穿透是有一定概率的，這種概率隨勢(shì)能的厚度和高度增加而迅速減小。在微觀世界中，粒子的這種奇特本領(lǐng)，就叫隧道效應(yīng)。1959年，美國(guó)的物理學(xué)家伊瓦爾·賈埃弗(IvarGiae-ver，1929－)做了這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)，把一塊超導(dǎo)體和一塊正常金屬連接起來(lái)，在它們之間夾了一層很薄的絕緣介質(zhì)層。對(duì)于在超導(dǎo)體和正常金屬中的電子來(lái)說(shuō)，這個(gè)絕緣介質(zhì)層就相當(dāng)于一個(gè)勢(shì)壘，當(dāng)它很薄很薄時(shí)，電子穿過(guò)的概率就很大了。在超導(dǎo)體和正常金屬兩端加上電壓后，賈埃弗成功地觀察到了電子的隧道效應(yīng)。并利用這種方法很準(zhǔn)地測(cè)量了超導(dǎo)能隙。1960年時(shí)，他又把絕緣層兩邊都換成超導(dǎo)體，實(shí)驗(yàn)也同樣成功。

在賈埃弗的實(shí)驗(yàn)中，是超導(dǎo)體中的正常電子通過(guò)隧道效應(yīng)而越過(guò)絕緣層。1962年，年輕的英國(guó)物理學(xué)家布賴恩·約瑟夫森(BrainDavidJosephson，1940－)大顯身手，從理論上對(duì)于超導(dǎo)體－勢(shì)壘－超導(dǎo)體的情況進(jìn)行了認(rèn)真的計(jì)算。得出了一系列難以想象的結(jié)果：不僅電子對(duì)也能夠以隧道效應(yīng)穿過(guò)絕緣層，在勢(shì)壘兩邊電壓為零的情況下，產(chǎn)生直流超導(dǎo)電流，

構(gòu)成電子對(duì)的兩個(gè)電子能夠作為一個(gè)整體而越過(guò)絕緣層嗎？3.約瑟夫森效應(yīng)(Josephsoneffect)此現(xiàn)象叫直流約瑟夫森效應(yīng)(d.c.Josephsoneffect)。

在勢(shì)壘兩邊有一定電壓V0

時(shí)，還會(huì)有特定頻率的交流超導(dǎo)電流存在，1μV的直流電壓產(chǎn)生振蕩的頻率為483.6MHz(該頻率稱為約瑟夫森頻率

)。這種現(xiàn)象稱為交流約瑟夫森效應(yīng)(a.c.Josephsoneffect)。

隨后，大量的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了約瑟夫森的所有預(yù)言。1963年安德森(P.W.Anderson)和羅威爾便發(fā)現(xiàn)了零電壓超導(dǎo)電流(直流約瑟夫森效應(yīng))，夏皮羅(S.Shapiro)也觀察到了振蕩超導(dǎo)電流(交流約瑟夫森效應(yīng))。人們把它們統(tǒng)稱為約瑟夫森效應(yīng)。

約瑟夫森、賈埃弗和江崎玲于奈(LeoEsaki，1925－，日本，發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體的隧道效應(yīng))由于他們的重大貢獻(xiàn)而獲得了1973年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

人們后來(lái)認(rèn)識(shí)到，并不僅僅是在超導(dǎo)體－絕緣體－超導(dǎo)體這樣的結(jié)構(gòu)中才有約瑟夫森效應(yīng)，只要將兩塊超導(dǎo)體以某種“弱連接”[結(jié)區(qū)具有超導(dǎo)電性(庫(kù)珀對(duì)可以穿過(guò))，而這超導(dǎo)電性又是微弱的(臨界電流只有微安到毫安數(shù)量級(jí))，換句話說(shuō)，形成了超導(dǎo)電性的薄弱環(huán)節(jié)。]的方式耦合起來(lái)，就可能會(huì)出現(xiàn)這些效應(yīng)。因此，對(duì)約瑟夫森效應(yīng)應(yīng)有更廣義地理解。

1986年4月，喬治·柏諾茲(J.GeorgBednorz，1950－，瑞士)和卡爾·繆勒(KarlA.Muller，1927－，德國(guó))向德國(guó)《物理雜志》提交了題為“Ba－La－Cu－O系統(tǒng)中可能的高Tc超導(dǎo)電性”的論文。后來(lái)，日本東京大學(xué)的幾位學(xué)者根據(jù)他們的配方復(fù)制了類(lèi)似的樣品，證實(shí)鋇鑭銅氧化物具有完全抗磁性。Tc提高到了33K。

柏諾茲和繆勒的發(fā)現(xiàn)使人類(lèi)從基本探索和認(rèn)識(shí)超導(dǎo)電性跨越到超導(dǎo)技術(shù)開(kāi)發(fā)時(shí)代。

柏諾茲和繆勒因發(fā)現(xiàn)鋇鑭銅氧系統(tǒng)中的高Tc超導(dǎo)電性，共同分享了1987年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。七高溫超導(dǎo)

把1986年4月以后發(fā)現(xiàn)的較高溫度下的超導(dǎo)體稱為高溫超導(dǎo)。高溫超導(dǎo)材料都是陶瓷一類(lèi)氧化物，其超導(dǎo)機(jī)理與低溫下的金屬或合金超導(dǎo)有很大不同。

1987年2月24日中國(guó)科學(xué)院宣布，趙忠賢領(lǐng)導(dǎo)的科研組已將釔鋇銅氧

(Y－Ba－Cu－O)材料的Tc提高到了92.8

K以上，從而實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)變溫度在液氮溫區(qū)的突破。液氮的沸點(diǎn)為77.3K，價(jià)格比液氦便宜100

倍，冷卻效率高63

倍，且氮又是十分安全的氣體，故大大擴(kuò)展了超導(dǎo)的應(yīng)用前景。

由鉍、鍶、鈣、銅和氧構(gòu)成的高溫超導(dǎo)材料已制成超導(dǎo)導(dǎo)線，比常規(guī)銅線運(yùn)載電流大100倍。1998年7月，北京有色金屬研究總院與兄弟單位共同研制成我國(guó)第一根1米長(zhǎng)的鉍系高溫超導(dǎo)直流輸電模型電纜，運(yùn)載電流達(dá)到1200安，使我國(guó)順利成為世界上少數(shù)幾個(gè)掌握這一技術(shù)的國(guó)家。

2000年11月26日北京有色金屬研究總院宣布，設(shè)在該院的超導(dǎo)材料研究中心研究成功我國(guó)第一根百米長(zhǎng)的鉍系高溫超導(dǎo)帶材，表明我國(guó)超導(dǎo)材料研究從實(shí)驗(yàn)室邁向應(yīng)用階段，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

此次研制成功的高溫超導(dǎo)帶材長(zhǎng)116米，寬

美《科學(xué)》評(píng)出2001年十大科學(xué)成就，其中一個(gè)是開(kāi)發(fā)出了新的超導(dǎo)材料。2001年科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了臨界溫度更高的新型超導(dǎo)材料，使人類(lèi)朝著開(kāi)發(fā)高溫超導(dǎo)材料領(lǐng)域邁出了一大步。3.6毫米，厚為0.28毫米，以螺旋管方式纏繞，用四引線法全長(zhǎng)度測(cè)量，77K

液態(tài)溫度自場(chǎng)下臨臨界電流達(dá)12.7安培。

高溫超導(dǎo)帶材達(dá)到100米以上就可進(jìn)入生產(chǎn)領(lǐng)域。主要用作輸電電纜、變壓器、核磁共振成象等?，F(xiàn)在一般輸電電纜在長(zhǎng)距離輸送時(shí)，電力損耗達(dá)20％，而高溫超導(dǎo)長(zhǎng)帶材做成的輸電電纜，輸電損耗幾乎為零，可極大地降低輸電成本。八超導(dǎo)的應(yīng)用超導(dǎo)的應(yīng)用一般分為強(qiáng)電應(yīng)用1.強(qiáng)電應(yīng)用

超導(dǎo)體的零電阻顯示其具有無(wú)損耗輸運(yùn)電流的性質(zhì)，輸運(yùn)電流密度達(dá)103

A·mm-2以上，超導(dǎo)在強(qiáng)電方面的主要應(yīng)用包括：(1)用于高能物理受控?zé)岷朔磻?yīng)和凝聚態(tài)物理研究的強(qiáng)磁體，超導(dǎo)磁體目前達(dá)到的磁場(chǎng)B=30T。

和弱電應(yīng)用。托卡馬克裝置（磁約束聚變實(shí)驗(yàn)研究裝置）

今年9月，由美國(guó)得克薩斯大學(xué)捐贈(zèng)價(jià)值2000萬(wàn)美元的磁約束裝置TEXT－U

托卡馬克裝置中的一部分運(yùn)抵華中科技大學(xué)。TEXT－U是美國(guó)能源部投資，得克薩斯大學(xué)研究的中等規(guī)模通用型磁約束聚變實(shí)驗(yàn)研究裝置，特別適合作為教學(xué)裝置，培養(yǎng)我國(guó)聚變工程所急需的高級(jí)人才。

中美共建TEXT－U

開(kāi)放型聚變實(shí)驗(yàn)室在華中科技大學(xué)。(2)用于核磁共振(NMR)裝置上，以提供1～10T的均勻磁場(chǎng)。2003年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)授于現(xiàn)年74歲的美國(guó)科學(xué)家保羅·勞特布爾和現(xiàn)年70歲的英國(guó)科學(xué)家彼得·曼斯菲爾德，以表彰他們?cè)诤舜殴舱癯上窦夹g(shù)領(lǐng)域的突破性成就。兩位科學(xué)家將分享共為130萬(wàn)美元的獎(jiǎng)金。

核磁共振成像技術(shù)是一種精確的、非入侵的方法對(duì)人體內(nèi)部器官進(jìn)行成像，它精度高，可以獲得患者身體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的立體圖像。根據(jù)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)結(jié)果，它對(duì)身體沒(méi)有損害。(3)用于制造發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)，據(jù)估計(jì)100萬(wàn)(4)用于產(chǎn)生高速列車(chē)上的磁懸浮。

磁懸浮列車(chē)千瓦超導(dǎo)發(fā)電機(jī)與常規(guī)發(fā)電機(jī)比較，重量只有后者的25％～50％，體積只有后者的30％～50％，經(jīng)濟(jì)上也合算得多。

具有低噪音、無(wú)污染、安全舒適和高速高效的特點(diǎn)。磁懸浮列車(chē)的運(yùn)動(dòng)原理

磁懸浮列車(chē)按懸浮方式不同一般分為推斥型和吸力型兩種，按運(yùn)行速度又有高速和中低速之分。

在列車(chē)下部裝上超導(dǎo)線圈，在地面上排列鋁制線圈，當(dāng)超導(dǎo)線圈通有電流且列車(chē)啟動(dòng)后，由于電磁感應(yīng)效應(yīng)，地面線圈與超導(dǎo)線圈之間產(chǎn)生排斥力，使得列車(chē)可能懸浮在鐵軌上。只須維持超導(dǎo)線圈中超導(dǎo)材料處于超導(dǎo)態(tài)溫度的能源，而無(wú)須牽引列車(chē)的能源，故節(jié)約了能源。

磁懸浮列車(chē)運(yùn)行的動(dòng)力，來(lái)自于地面導(dǎo)軌中排列的線圈和車(chē)身之間產(chǎn)生的磁力。由于磁極之間同性相斥、異性相吸，產(chǎn)生了向前的驅(qū)動(dòng)力。通過(guò)電流方向的改變，使地面導(dǎo)軌中線圈呈現(xiàn)的極性改變，從而不斷地產(chǎn)生使列車(chē)前進(jìn)的動(dòng)力。通過(guò)調(diào)節(jié)電流的大小，便可控制列車(chē)驅(qū)動(dòng)力的大小，這樣，列車(chē)運(yùn)行的速度就可自如地控制了。

另一類(lèi)磁懸浮列車(chē)是通過(guò)向上鋪設(shè)的鐵軌和車(chē)身的電磁鐵的吸引力，控制電流的大小并保持大于10mm

的空隙而懸浮起來(lái)。地面鐵軌與永久磁鐵之間放置超導(dǎo)簾柵(即超導(dǎo)線圈組)，當(dāng)列車(chē)偏離穩(wěn)定狀態(tài)，如傾斜，超導(dǎo)線圈與鐵軌回路之間產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象，由此產(chǎn)生作用力，使列車(chē)恢復(fù)到穩(wěn)定平衡位置。

上述兩種磁懸浮列車(chē)系統(tǒng)的使用基礎(chǔ)是利用高溫超導(dǎo)材料，才能大大節(jié)約能源。

由北京控股磁懸浮技術(shù)發(fā)展有限公司投資，國(guó)防科技大學(xué)負(fù)責(zé)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與集成，雙方共同組織國(guó)內(nèi)10多家科研單位和企業(yè)奮力攻關(guān)，建造的擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的我國(guó)第一臺(tái)磁懸浮列車(chē)及其實(shí)驗(yàn)線路。

磁懸浮列車(chē)是一種前景廣闊的新型交通工具。它利用電磁力抵消地球引力，使列車(chē)懸浮在軌道上，懸浮間隙約1厘米。通過(guò)直線電機(jī)牽引列車(chē)前進(jìn)，在運(yùn)行過(guò)程中，列車(chē)與軌道處于一種“若即若離”的狀態(tài)，故有“零高度飛行器”的美譽(yù)。磁懸浮列車(chē)自重20噸，車(chē)廂(首車(chē))長(zhǎng)度為15米，寬度3米，載重量可達(dá)10噸，共44個(gè)座位，可載客130多人。

經(jīng)過(guò)2000公里的無(wú)故障試驗(yàn)運(yùn)行表明，試驗(yàn)線已達(dá)到實(shí)際運(yùn)營(yíng)線路標(biāo)準(zhǔn)，完全可以成為一種新型交通工具。

隨著我國(guó)第一條中低速磁浮列車(chē)試驗(yàn)線的建成并實(shí)現(xiàn)無(wú)故障運(yùn)行。今年春節(jié)后，北京開(kāi)工修建八大嶺高速公路出口處至八達(dá)嶺長(zhǎng)城景區(qū)2.2公里的磁浮列車(chē)旅游觀光運(yùn)營(yíng)線。

作為2008年奧運(yùn)會(huì)的重大工程，北京東直門(mén)到首都機(jī)場(chǎng)建磁浮，總長(zhǎng)24.8公里。

上海引進(jìn)德國(guó)高速磁浮技術(shù)，修建了西起地鐵2號(hào)線龍陽(yáng)路站，冬至浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)一期航站樓，長(zhǎng)31公里的運(yùn)營(yíng)線。2003年元月1