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高溫超導

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未解決的物理學問題為什麼有些物質能夠在高於50K以上的溫度仍舊具有超導電性 Question mark2.svg

高溫超導High-temperature superconductivityHigh Tc)是一種物理現象,指一些具有較其他超導物質相對較高的臨界溫度的物質在液態氮的環境下產生的超導現象。

性質[编辑]

高溫超導體(High-temperature superconductors)是超導物質中的一種族類,具有一般的結構特徵以及相對上適度間隔的銅氧化物平面。它們也被稱作銅氧化物超導體。此族類中一些化合物中,超導性出現的臨界溫度是已知超導體中最高的。

不同銅氧化物在常態(以及超導態)性質之間具有共同的特徵;這些性質中,許多無法以金屬的傳統理論來解釋。銅氧化物的一致性理論至今尚不存在,然而這項問題觸發了許多實驗方面與理論方面的研究工作;此一領域的重要性已經遠超過開發出室溫超導體這項目標。

歷史[编辑]

各类超导体的发现年份与超导临界温度一览。

銅氧化物超導體在實驗上是由卡爾·米勒約翰內斯·貝德諾爾茨首度發現,不久兩人的研究成果即受到1987年諾貝爾物理學獎的肯定。

1987年,來自臺灣美國物理學家吳茂昆朱經武釔鋇銅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。根據權威的科學引文索引資料庫Web of Science英语Web of Science,由吳茂昆為第一作者(共同作者包括休士頓大學朱經武)的論文"Superconductivity at 93 K in a new mixed-phase Y-Ba-Cu-O compound system at ambient pressure"自1987年3月於美國物理學會期刊《物理評論快報》發表以來自2018年已獲期刊論文引用超過五千多次,這篇史上第一次超越液態氮沸點「溫度壁壘」(77K, 絕對零度以上)而將超導溫度從30K提升到90K(攝氏零下183度)以上的研究突破自1911年後七十多年的物理學研究瓶頸,為臨界溫度高於77K的材料稱為高溫超導體下了定義,不但於當年獲矚目,也被指為超導體領域30年來最重要的先驅之一,吳茂昆團隊的發現對爾後超導體的科學與商業應用頗具影響。[1][2][3][4][5][6][7][8]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年-1987年的短短一年多的时间里,临界超导温度提高了近100K。

2015年,物理學者發現,硫化氫在極度高壓的環境下(至少150GPa,也就是約150萬標準大氣壓),約於溫度203K (-70 °C)時會發生超導相變[9]

2018年,德国化学家发现LaH10在压力170吉帕,温度250K(-23℃) 下有超导性出现,是目前已知最高溫度的超導體[10]

可能的理论模型[编辑]

例子[编辑]

高溫超導銅氧化物超導體包括YBCO---化合物)等,都是著名的突破液氮的「溫度壁壘」(77K)的材料。

溫度
開爾文
材料 種類
300 常溫(27℃/80.6℉)  
250 LaH10超氢化镧 (英语),170 GPa高压)[10] 氢基超导体
203 H2S (150 GPa高压)[9]
195 乾冰昇華  
138 Hg12Tl3Ba30Ca30Cu45O127 銅氧化物超導體
110 Bi2Sr2Ca2Cu3O10BSCCO (英语)
92 YBa2Cu3O7YBCO
77 液態氮的沸點  
43 SmFeAs(O,F) 鐵基超導體
41 CeFeAs(O,F)
26 LaFeAs(O,F)
20 液態氫的沸點  
18 Nb3Sn 金屬低溫超導體
10 NbTi
4.2 Hg(

參見[编辑]

参考资料[编辑]

  1. ^ IN THE TRENCHES OF SCIENCE. 紐約時報. 1987-08-16. 
  2. ^ 九十度的震撼-吳茂昆超導物理世界. 遠見雜誌. 1988-07-15. 
  3. ^ Suspension Effect Astounds Scientists. 紐約時報. 1988-09-20. 
  4. ^ Method for making superconductor films. 1991-12-13. 
  5. ^ Heating up of Superconductors. 物理評論快報. 2017. 
  6. ^ 「超導體,我研究了一輩子!」專訪超導物理專家吳茂昆. 《研之有物》. 中央研究院. 2002-11-01. 
  7. ^ 當自由的心靈遇到高溫超導. 科學人. 2005-09. 
  8. ^ 超導大師朱經武. 科學人. 2008-10. 
  9. ^ 9.0 9.1 Cartlidge, Edwin. Superconductivity record sparks wave of follow-up physics. Nature News. 18 August 2015 [18 August 2015]. 
  10. ^ 10.0 10.1 Drozdov, A. P.; Kong, P. P.; Minkov, V. S.; Besedin, S. P.; Kuzovnikov, M. A.; Mozaffari, S.; Balicas, L.; Balakirev, F.; Graf, D.; Prakapenka, V. B.; Greenberg, E.; Knyazev, D. A.; Tkacz, M.; Eremets, M. I. Superconductivity at 250 K in lanthanum hydride under high pressures. arXiv:1812.01561 [cond-mat]. 2018-12-04 [2018-12-13].