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高温超导材料
高温超导材料的简介
BCS超导理论:
（美国科学家巴丁、库柏和施里弗提出）
库柏对
1电子通过声子作为媒介产生相互吸引作用并逐渐超过库仑斥力，相成束缚对即库柏对。
2 在超导基态各个电子的动量可以不同，但是每个库柏对却集中在零动量上。
2002年，诺贝尔奖得主Laughlin提出Gossamer超导理论。
德国马克斯·普朗克协会和普林斯顿大学1999年4月宣布，通过中子散射实验，揭示了高 温超导金属氧化物电子自旋对的特殊行为。
高温超导材料的结构特征:
层状钙钛结构组元
导电层
（铜氧层）
Cu-O6八面体
Cu-O5四方锥
Cu-O4平面四边形
载流子库层
孔穴型
电子型
调节载流子浓度
提供耦合机制
高温超导材料的简介
钇钡铜氧化物（ YBa2Cu3O7-x ) 超导体
高温超导材料的例子
1987年朱经武、吴茂昆、赵忠贤等发现，Tc>90K,超导转变温度打破了液氦，解决了阻碍超导技术应用的瓶颈问题。
美国贝尔实验室采用快中子辐射氧化钇钡铜单晶体，使临界电流密度提高了100倍，达6×10５ A/cm2，美国马萨诸萨理工学院用在超导材料中掺入银等加热处理的方法，解决了材料的脆弱问题，使强度比超导陶瓷提高了10倍，适用于作输电线.我国则早已制成零电阻为83．7 K的超导材料和零电阻为77 K的超导薄膜.
高温超导材料的例子
铋锶钙铜氧化物（Bi-Sr-Ca-Cu-O）超导体
Bi2Sr2Can-1CunO2n+4
n=1 2201相
n=2 2212相
n=3 2223相
n=4 2234相
Cu-O 层
Bi2O2层
钙钛矿层
高温超导材料的例子
Tc>100K;
Tl-Ba-Ca-Cu系，Tc达到了125K;
Hg-Ba-Ca-Cu系，Tc达到了135K, 高压下Tc达到了164K。
---Michael Vershinin, Shashank Misra, et al. Science,303,1995(2004).
高温超导材料的例子
----Elbio Dagotto. Science,293,2410(2001).
铜氧化物和C60超导材料
Y系高温氧化物超导体的制备
高温超导材料的制备
原料(氧化物
或碳酸物)
混合
化学剂量比
烧结
氧化处理
熔融织构工艺
克服大角晶界
块材
带材
离子束辅助沉淀工艺
轧制辅助双轴织构衬底工艺
薄膜
磁控溅射法
激光沉淀法
高温超导材料的制备
Bi系高温氧化物超导带材的制备:
原材料
(氧化物或碳酸物)
混 合
化学剂量比
煅 烧
研 磨
粉末充管
拉 拔
Ag管
轧 制
热处理
压制/轧制
热处理
重复
高温超导材料制备所面临的问题：
高温超导材料的制备
材料制造成本高, 价格昂贵。
在长距离超导线材的制造上面仍然有很大的难度。（氧化物高温超导陶瓷材料各向异性和短的电子相干长度以及大量晶界的存在严重影响线材的超导电性。）
高温超导材料临界电流和临界磁场的提高仍是科学家研究的难题。
-----Robert F. Serverce.Science,295,786(2002).
高温超导材料的制备
-----I. Chong, Z. Hiroi,* M. Izumi, J. Shimoyama, et al. Science,276,770(1997).
Pb搀杂提高Bi2Sr2CaCu2O8+x的临界电流密度
----Maciek Zgirski, Karri-Pekka Riikonen, et al. Nano letters, 5,6(2005)
超导材料的最新进展
纳米尺度对超导电性的制约作用
超导材料的最新进展
Yang Guo, Yan-Feng Zhang, Xin-Yu Bao, et al. Science,306,1915(2004).
量子尺寸效应对超导临界温度的调制作用
Atomic layer
supercurrent
si
Pb
S. Kang, A. Goyal, J. Li, A. A. Gapud, et al. Science, 311, 1911(2006).
纳米材料和超导材料的结合
超导材料的最新进展
超导材料的最新进展
---Robert F. Serverce.Science,295,786(2002).
2001年1月日本东京青山学院的教授Jun kimitsu宣布了这一发现。MgB2的临界超导温度Tc=40k.
二硼化镁超导材料的新发现

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