第四章结构和性能的关系-1.ppt

有利于获得高临界温度的结构 ?-W 型结构 Nb3Sn, Nb3Al, V3Si 等 NaCl 型 NbC, MoN, NbN 等 ? 相、? 相、拉维斯相 ZrV2, AlxNb1-x, MoRe3 等 ?-W 型结构 (A3B，以 Nb3Sn 为例) 这一结构只有在原子半径比 0.97 rB/rA 1.065 的条件下才是稳定的。 马赫斯法则 当 ?-W 型化合物原子的平均价电子数 Z = 4.7 和 6.5 时，超导体的 TC 最高 在马赫斯法则的指导下曾发现了 Nb3Sn 等一大批高临界温度的合金超导体。 美国费米实验室用了 1000 多个超导磁体，每年的液氦费用高达 500 万美元，但因此而节省的电费则为 18500 万美元。 美国于 1990 年建成的周长为 83 km 的超级质子对撞机使用了 10000 个超导磁体，每年节省电力 6 亿美元。 日本的磁悬浮列车于 1999 年 3月试运行，最高时速达到 548 km。而德国的磁悬浮列车则于 1999 年 11 月投入试运行。 低温超导体的几个应用 低温超导体的临界转变温度最高为 30 K，因此，它必须在液氦 (零下269?C) 温度下工作。液氦的价格、供应和使用方式都使得低温超导体的普遍应用受到严格的限制。 液氮 (零下196?C) 无论在价格、来源和制备都比液氦具有大得多的优势，因此，寻找能够在液氮温区内呈现超导性的材料是科学家们一直梦寐以求的事情。 低温超导体应用的局限性 经过无数次的努力，直到 1986 年上半年，人们所能得到的最好的超导材料仍然是 1973 年发现的 Nb3Ge，其临界温度是 23.2 K。也就是说，自1911 年至 1986 年，75 年奋斗的结果仅仅是把 TC 提高了 19 K。因此，有些理论家开始预言：超导体的临界温度不会超过 40 K。 然而，就在这个时候，奇迹出现了…… 1986 年 1 月，瑞士苏黎世国际商用机器公司的两位科学家 Mueller 和 Bednorz 在 Ba, La 和 Cu 的硝酸盐水溶液中加入草酸水溶液作为沉淀剂，形成了草酸盐沉淀物，然后将沉淀物在 900?C 加热 5 小时使之分解并发生固相反应，将反应物压块后在 900?C 烧结，得到 Ba-La-Cu-O 系氧化物材料 (BLCO)。在测定其低温性能时意外地发现在 30 K 时出现了超导性转变，到达 13 K 时电阻下降为零。 这个结果经过多次重复实验验证后，于 1986 年 4月发表，但是当时并没有引起应有的重视。直到同年 12 月的一次学术研讨会上日本东京大学和美国休斯顿大学都宣布重复出同样的实验结果之后，才开始了一场席卷全球的 “超导热” 1986 年 4 月，Mueller 和 Bednorz 报道临界温度 35 K；12 月，东京大学重复出了上述结果；同时，美国休斯顿大学朱经武等人获得了转变温度为 52 K 的 BLCO。 1987 年 2 月，日本东京大学，85 K 1987 年 2 月 15 日，朱经武等人，98 K 1987 年 2 月 19 日，中科院物理所 100 K； 1987 年 3 月 4 日，日本金属材料研究所，123 K 1987 年 3 月 4 日，北京大学 123 K 1987 年 3 月，联邦德国 125 K 来看看那段特殊历史时期的一次特殊竞赛 1987 年，诺贝尔物理学奖授予了 Müller 和 Bednorz。纵观历史，一项开创性的科学事件出现后仅仅 1 年就获得了物理学最高荣誉奖是极为罕见的。可见这两位科学家的工作所具有的划时代的意义。正是他们的工作打开了高温超导体的大门。 C60 分子与碱金属形成的 AxC60 是离子化合物，具有超导性，是目前人们非常关注的一类有机超导体。 AxC60 是球形结构, 属三维超导体。 已经研制出的AxC60 超导体中，RbTl2C60 临界温度为 48 K，而 Rb2.7Tl2.2C60 的临界温度为 45 K。 AxC60 有机超导体 英国物理学家约瑟夫·汤姆孙 德国物理学家保罗·德鲁德 德国物理学家阿诺德·索末菲 * 瑞士物理学家和德国物理学家 * 材料的禁带宽度与材料结构有关，已经发现了一些经验性的规律，可以用于指导材料设计。 键的离子性越强的化合物禁带越宽；因此半导体多以共价键方式结合，大多数离子晶体都不是半导体。 金刚石、硅和锗的对比 三者均为金刚石结构；禁带宽度分别为 ~5.4 eV、~ 1.2 eV和 ~ 0.7 eV。 在硅和锗中，一些电子在一般温度下就能受到热激发，越过禁带占据一些导电的能级。而当施加电场作用时，占据导带的电子就能引起电导。为半导体。 只有在0 K时，硅和锗才变得和金刚石一样，为绝