科学家们对低温超导体和高温超导体的研究已取得了辉煌的成就。超导体主要有
两个基本特性，即：①零电阻性或完全导电性；②完全抗磁性。因此，它在科研、
生产的各个领域都有着广泛的应用。总体来说可分为两大类：一类是用于强电，
用超导体制成大尺度的超导器件，如超导磁铁、电机、电缆等，用于发电、输电、
贮能和交通运输等方面。另一类是用于弱电，用超导体制成小尺度的器件，如超
导量子干涉器件（简称SQVID）和制成计算机的逻辑元件，用于精密仪器仪表、
计算机等方面。
1．超导发电
超导体对人类社会影响最大的将是提供更多的电力，超导用于发电的装置目
前有磁流体发电、超导电机发电、热核聚变发电三种。
滋流体发电是一种高效、低污染、单机容量大、直接将热能转变为电能的一
种新型的发电方式。普通火力发电需把热能转化为机械能再转化为电能，效率最
高只有33一36％。磁流体发电是让煤（石油、天然气）加氧化剂、添加剂燃烧
产生的等离子体高速通过磁场，使热能直接转化为电能，磁流体一蒸汽联合循环
发电装置最高效率达到55%，而且可自动脱硫，污染小．但这种发电方式目前遇
到的困难是当磁感应强度在1．5特以上时，磁流体的铁芯逐渐处于磁饱和，磁
场强度很难再提高。于是人们就想到超导体，如果利用超导磁体，那么就很容易
在较大体积内产生强度为几十特的磁场，且消耗的励磁功率很小，它具有性能良
好，质量小等优点。例如，磁感应强度可达4一5特的超导磁体，质量只有300
一500克，而要产生同样磁场强度的磁体质量却有15一20吨。目前，美国、前
苏联、日本都建有这种超导磁流体发电机。
超导发电机发电是利用超导体制造发电机磁极绕组，不仅可大大增加发电机
的极限输出容量，而且效率高，体积小，质量小，可节约大量电能和金属材料。
常规的两极发电机的极限输出在现今条件下只能达到1．5*109瓦，但超导发电机则
可达3*1010瓦，甚至更大。一台6X106瓦的电动机，常规质量为370X103千克，采用超
导体材料仅重40X103千克；又如目前已建成的一台5X106瓦超导交流发电机，其
功耗比普通电机减少三分之二，体积缩小百分之八十以上。因此有人估计，超导
体可以把发电成本降低60％，可以把经电缆输电的成本降低10％，这些优点使
得它特别适宜于建造高效率的大型发电站、移动电源及做为太空飞船的动力设
备。
超导体还可帮助科学家建立核聚变发电系统，这种发电系统是以氢做燃料
的，其反应温度与太阳的温度一样高。从理论上讲这种能源是取之不尽的，在实
践上，关键问题是如何生成足够强大的磁场来控制剧烈的热核反应，超导材料将
能够解决这个问题。
2．超导输电
目前输电均采取高压交流输电，损耗较大，降低了有效的电能．利用超导体
的零电阻这个特性，可以制成超导电缆，无损耗地输电，不但输电效率高而且可
以节约材料，避免铺设高架电缆，降低输电成本。这种超导电缆能传输几十万兆
瓦的功率，它还能在较低的电压下，传输强大的电流。如一条三相超导电缆能在
35干伏电压下，传输104安培的电流。美国曾制成一种锡铌超导电缆，把三根直径
为14厘米的345千伏超导电缆装置在直径为45厘米的高绝热导管中，就可输送
像整个纽约这样大城市的全部用电。
3. 超导贮能
为了利用电力负荷的峰值和低值的差，解决高峰期用电的紧张状态，现在越
来越多的地方应用蓄能的方法来调节电力负荷。用超导材料制成的贮能线圈，能
以磁能的形式将电能大量贮存起来，并具有密度大、损耗小的特点。
4．超导电磁推进
超导电磁推进的装置是在船体内安装一个超导磁体，它会在海水中产生一个
强大的磁场。同时，在船体两侧安装一对强大的电极，使海水在两极间产生很大
的电流。由于磁场和海水中电流的相互作用，海水在船后对船体产生一个强大的
推力。这时海水和电极相当于转于和电枢，利用与电机相同的原理就可推动船体
前进。
世界上第一艘“超导船”于1992年1月27日在日本神户下水，它以超导电
磁为动力，其外型看起来像是鲸鱼与太空火箭的混今体，长30米，理论最高时
速可达每小时200公里左右。
5. 超导磁场净化
有人曾设想用超导强磁场除去水中的重金属、悬浮物和某些微生物，从而使
被污染的河流和湖泊得到净化。为了使瓷器更洁白漂亮，也可用超导体制成高梯
度强磁场除去高岭上土中的金属磁性杂质。
6．超导磁悬浮列车
磁悬浮列车从原理上讲可分为两种：一种是超导感应推斥式（电动型）磁悬
浮（简称EDS），它是利用装载在列车上的超导磁体和地面上导体中的感应电
流之间的推斥力使列车悬浮起来的方式；另一种是电磁吸引式（电磁型）磁悬浮
（简称EMS），其原理可参考《中学物理教学参考》1994年第11期第47页。
超导磁悬浮列车是人们根据超导体的完全抗磁性设计出的一种高速列车，最
初是在1968年由美国人伯维尔和当比首先提出的，1970年试制了超导磁悬浮基
础实验装置，1971年3月确认了实验与理论的一致性，使开发前进了一大步。
1972年世界上第一台超导感应推斥式（电动型）磁悬浮列车ML100在日本研制
成功，所用的超导材料是铌锡合金。这种列车每一节车厢下面的车轮旁，都装有
小型的超导磁体，在轨道的两旁，有一系列闭合的铝环，整个列车由埋在地下的
直线型同步马达驱动，当列车向前行驶时，超导磁体则在轨道面产生强大的磁
场，并和轨道旁的铝环相对运动，在铝环内感生出强大的电流。由于超导磁体和
铝环的相互排斥作用，就产生一种向上的浮力把列车凌空托起，消除了车轮与钢
轨的摩擦阻力。另外速度愈大排斥力就愈大，当速度超过一定值（80千米／小
时）时，列车就脱离路轨表面，最大距离可达数厘米以上，其悬浮是自稳定的，
无须加任何主动控制。由于采用大气隙悬浮，即使车体稍许不平衡，或车体与轨
道少许对不准，或轨道上有冰雪之类杂物，均不影响列车运行的安全性，在低速
行驶时，要靠辅助车轮支撑。一列乘载百人的磁悬浮列车，只要75千瓦的功率，
就能使行驶速度达到每小时50O公里以上。
与普通列车相比，磁悬浮列车具有以下优点：①速度快。磁悬浮列车的速度
只受限于空气阻力，比普通列车受限于轮轨间的摩擦力小得多，是陆上最快的交
通工具，日本的ML500曾创下了时速571千米的陆面交通工具的世界最高纪录。
②乘坐平稳舒适，噪音低。③占地面积小。④能耗低，安全可靠，被认为是一种
很有前途的交通工具。
目前世界上开发磁悬浮列车的国家主要有德国日本、美国等。其中，德国在
EMS型磁悬浮列车技术上占有优势，计划在2001年正式开通汉堡至柏林的EMS
型磁悬浮列车。日本则在EDS型磁悬浮列车上不断取得了举世瞩目的进展，可
望成为日本21世纪新一代的高速铁路的运输工具。
我国于1995年5月继德国、日本、英国、前苏联、韩国之后，成为第六个
研制成功EMs型磁悬浮列车的国家。这种列车被誉为21世纪的新型交通工具、
国防科技大学研制成功的这台单向架磁悬浮列车，长3．36米，宽3米，轨距
2米，车上安装了4组8只悬浮、导向电磁铁，由4套控制系统进行控制，静止
时起浮质量为6吨，起浮间隙20毫米，运行间隙10毫米，可乘坐2O多人，列
车的理论设计时速可高达500多公里。
用上述同样的原理，也可以用于超导无摩擦轴承上，目前制作的超导轴承，
浮力已达每平方厘米300克；另外利用超导体的完全抗磁性，可用于在载人宇宙
飞船上屏蔽高能宇宙射线的袭击。超导磁屏蔽也可用在超导电子显微镜中，使电
子按所要求的轨道飞行。
7. 超导陀螺仪
陀螺仪是一种重要的导航定位仪表，各种航天飞行器，包括飞船、导d等都
需陀螺仪来导航。由于一般陀螺仪均有接触摩擦，无法达到更高精度。超导陀螺
仪解决了这一问题。
8. 超导电子器件
超导体另一个富有潜力的应用领域属于弱电应用方面。如利用超导隧道效应
可制成各种电子器件和电路。特别是在精密测量、电压标准监视、微波和远红外
应用以及超导电子计算机的逻辑存贮电路方面，超导器件将产生巨大的影响。
目前在电子学技术中，中频放大的灵敏度比高频放大的灵敏度高，所以，将
高频讯号与本机振荡讯号进行混频，得到中频讯号后再进行放大。利用超导的高
频讯号特性可作为微波通讯中的混频器件。
又如，超导体晶体管比普通晶体管的工作速度快1000倍，能耗仅为普通晶
体管的千分之一，因此在电子计算机中，正是由于超导电子器件的超灵敏度、超
高精度、超快速和低功耗，不仅能使电子计算机运算速度比现在的速度提高几十
倍，而且功耗大大降低，体积也大大减少。
再如利用约瑟夫效应制成的超导量子干涉器件(简称SQUID)，是一种高灵敏
度的传感器。用它制成的磁场计分辨率高达10-15特。可以测出人心脏或人脑中所发出
的磁讯号。在军事上的价值也很大，可以探测出潜艇在海底时引起的地磁变化。
9．超导天线
天线，不管是接收天线，还是发射天线，只有在天线长度与其波长相接近的
情况下，才能最有效地工作。但在实际情况中，这一点无法完全做到，特别是携
带式无线电接收机和发射机上的天线。由于这些天线的长度都只为其波长几分之
一，甚至数十分之一，因此，它们的效果受到很大的影响。例如，天线的长度为
其波长的20分之一，那么，它只能辐射或接收输送给它的5一10％的能量。英
国伯明翰大学的工程师们使用一种新型、“温热”的超导材料，很好地解决了上
述问题。专家们认为，天线上能量的损耗主要是由电阻引起的，他们将一块由超
导陶瓷制成的长10毫米的条形物冷却到一183C，实验证明，这块条形物体在
550兆赫（波长54．5厘米）的频率上进行辐射时是同样长度的铜导线效率的
16倍。
10．超导体和高能物理
目前，高能物理研究工作取得了重大发展，高能物理研究的对象----高能粒
子，它的速度很快，能量极高，体积很小，个别粒子的寿命很短，这些都是用一
般的实验方法和仪器所无法观察和测量的。人们需要利用独特的高能粒子加速系
统、粒子束流输送系统和粒子探测系统来实现粒子加速输送、打靶、选择分离和
记录其运动轨道，但是这些装置复杂而庞大。例如，气泡室的磁场空间，体积竟
有数十立方米，磁场强度高达数特，美国国立费米实验室的加速的磁环直径长
达2公里以上。然而利用超导体就可使这个情况大大改观。例如一个电子伏的同
步加速用1．2特的常规磁体时轨道半径是1200米，而用6特的超导磁体，
轨道半径只有170米。装置尺寸和费用都可大大降低。
总之，超导体的应用，正在发展成为一门新技术----超寻技术。然而，超导
体的实际应用不是一件容易的事情。尚待解决的一个大问题是要把材料冷却到距
离绝对零度几度的范围之内这意味着对于所有的实际应用都需要用复杂而昂贵
的致冷设备，这就排除了大多数实际应用的可行性。因此，人们致力于探索“高
温超导体”。自从1986年中、美、日等国几乎同时发现超导转变温度高于30K
的超导材料后，新型的“高温超导”材料不断出现，人类将逐步转入超导技术开
发时代。开发超导体的关键在于材料，超导材料必须能在更高温度下传导更强的
电流，经得住更强的磁场，以及更容易制成导线、带和其它器件，只有这样才能
广泛实用。随着理论研究和科技生产的发展，超导的应用将日益广泛，有着远大
的发展前景，现代文明的许多技术将发生变化。让我们开拓奋进，迎接这一超导
技术开发时代的冲击与挑战。
自古以来，人类逐渐形成一种认识：世间没有永恒的东西。而超导技术的发明，将使人类生活的诸多方面大为改观，人类的认识也将经历大的变革。绝对零度 发现超导
在低温条件下物质表现出一种奇异特性人们称之为超导现象。超导现象的出现却并非是一般意义上的低温，而是以绝对温度衡量的超低温。绝对零度约等于零下273摄氏度，以这点开始，每增加一度为1K。
1911年，荷兰莱顿实验室里大物理学家昂尼斯一直想采用一种手段力求使汞的温度冷却到接近绝对零度，但他没有成功，始终没有找到合适的冷却剂。后来，还是他的学生兼助手霍尔斯特提醒他利用液态氦进行冷却，终于使汞的温度冷却到接近绝对零度。当他将电流通过汞线，测量汞线的电阻随温度变化时，一个奇异的现象出现了：当温度降到4.2K时，电阻突然消失了。昂尼斯的神经立即绷了起来，他简直不敢相信自己的眼睛，他让助手重新做了一遍测试，结果发现还是出现了电阻消失的现象。昂尼斯和助手紧紧地拥抱在一起，流下了滚烫的泪水。昂尼斯称这种现象为物质的超导性，而汞这时进入的状态叫“超导态”，电阻为零的温度则为转变温度。
不久，昂尼斯又发现了其他几种也可进入“超导态”的金属如锡和铅。锡的转变温度为3.8K，铅的转变温度为6K。由于这两种金属的易加工特性，就可以在无电阻状态下进行种种电子学试验。此后，人们对金属元素进行试验，发现铍、钛、锌、镓、锆、铝、锘等24种元素是超导体。从此，超导体的研究跨上了新的台阶。昂尼斯的发现具有重大的科学意义和重要的实用性。多少年来，科学界一直都在嘲笑那位幻想制造“永动机”的天真人士。那么，“永动机”难道真的永远只是美梦吗？
电烙铁接通电源后就会发热，进而达到熔化焊锡的程度，这是由于电流的热效应。但是，在许多情况下，我们所需要的不是热能，像我们希望从白炽灯得到光，从电动机得到机械能，电流的热效应便造成电能衰减，带来不必要的浪费。昂尼斯做了一个重要实验，使电流通过冷却到4K的铅线回路，一年后电流仍然没有减弱地流动着。
由于电流可以产生磁场，昂尼斯相信，超导线圈可以形成大的工业磁体。这样的超导磁体由于超导线圈内没有电阻损失，则无需提供连续的能源而运行。这样，“永动机”的梦想不就可以实现了吗?
长期 探索 艰苦执著
在认知自然的过程中，人类一直在艰苦执著地 探索 ，超导现象的发现便是长期 探索 的成果，而绝非偶然。
1891年，法国的路易·加莱泰、瑞士的拉马尔，皮克泰成功地使微量的“永久气体”——氤、空气和氢液化。俄国的格拉斯科位成功地得到一定量的液体空气。他发现纯金属的电阻率与温度的美系有些奇特：看上去好像是在绝对温度零度附近其电阻会完全消失。这个奇妙的可能性促使产生了能预示从零电阻到无穷大电阻的许多限制低温性能的理论。1892年，英格兰的詹姆斯，杜瓦发明了以他的名字命名的真空绝缘镀银玻璃容器。利用这容器他获得了其量可供做实验用的液态氢，并且将温度进一步降低。在这一温度下，他发现金属的电阻并没有消失，只是电阻已不随温度而变罢了。
后来，在威廉·拉姆齐发现地球上有氦之后不到20年，即1908年，坎默林·昂尼斯又成功地使之液化。液态氦使实验室实验的温度降低了一个数量级。3年后，坎默林·昂尼斯和学生霍尔斯特又发现，当在液态氦中冷却汞时，试样的电阻在临界温度时会突然消失以后在进一步的实验中感应产生的持久电流仍没有明显的衰减。
1993年，柏林麦斯纳的超导实验室又有一重大发现，即所谓麦斯纳效应。麦斯纳与其同事俄逊菲尔德在试验中发现超导体具有令人惊奇的磁特性。如果超导体碰到磁场，将在超导体表面形成屏蔽电流以反抗外界磁场，使磁场不能穿透超导体的内部，而在其内部仍保持零磁场。逆向试验得到相同的结果。这种现象因此称作麦斯纳效应，也就是在超导体内部磁感应强度为零，电流在表面流动。可用一个试验来演示该效应：一块永磁体可以使浸泡在液氮中的超导体悬浮起来。麦斯纳效应只有当磁场较小时才会出现，如果磁场过大，磁场将穿透金属内部，从而金属失去超导性。
1957年，依利诺伊大学的巴丁、库柏和施里弗提出了BCS理论（取自三人姓名的字头)，较好地解释了超导现象。BCS理论用量子力学来描述超导体系统状态。正常态的电子是互相排斥的，超导态时，电子相互作用，使电子两两相互吸引，形成电子对，称之库柏对。含有库柏对电子的金属具有较低的能态。后来，吉埃弗观察到电子可以从一个超导体穿过薄绝缘层到达另一超导体，称之内“随着现象”；随后，英国的约瑟夫逊推测BCS理论提到的库柏对也可通过薄绝缘层，很快贝尔实验室便证实了这个预言。
1962年，剑桥大学研究生约瑟夫逊分析了由极薄绝缘层隔开的两个超导体断面处发生的现象。他预言，超导电流可以穿过绝缘层且只要超导电流不超过某一临界值，则电流穿过绝缘层时将不产生电压。他还预言，如果有电压的话，则通过绝缘层的电压将产生高频交流电，这就是所谓的约瑟夫逊效应并在1963年被罗威尔等人用试验证实了，约瑟夫逊效应是超导体的电子学应用的理论基础。1957年，苏联物理学家阿伯里柯索夫就预言，一定存在着具有更好性能的新超导体材料，这些材料即便处在很高的磁场中也能实现超导化，磁通线可以穿透材料，但磁通线之间的区域将没有电阻地携带着电流。阿伯里柯索夫称之为第Ⅱ类的超导体材料，这为开发商品化的超导磁体提供了理论基础。
不久，即1960年昆磁勒和他的同事在贝尔实验室的试验中发现一组超导化合物和合金(第Ⅱ类超导体)，它们可以携带极高的电流，而且在强磁场中仍具有超导性，使人们对超导磁体和超导强电部件产生了浓厚兴趣。
空中列车 交通奇迹
直到1985年，超导材料的转变温度的最高记录只为23.2K。而从1986年开始，超导材料的转变温度有了突飞猛进的提高。先是在1986年4月。IBM的苏黎世实验室研究人员将转变温度提到30K，揭开了转变温度提高的序幕。1987年初，中国、日本和美国的科学家采用金属氧化物，将超导临界温度提高到了100K以上。1987年3月9日，日本宣布获得了175K的超导材料。随后，美国、日本又分别利用粒子束和中子束照射氧化物陶瓷超导材料，获得了180K、270K性质稳定的超导材料。
超导技术的不断进步，为超导材料的应用提供了可能。早在1966年，波维耳等人就建议利用超导磁体和路基导体中感应涡流之间磁性排斥力，把列车悬浮起来。而磁悬浮列车已在日本出现。
磁悬浮列车的形状非常奇特。它既没有引整、车轮，也没有传统意义的铁轨，在它飞速行驶时既没有隆隆声，也听不到刺耳的刹车声。这种奇特的火车车身靠磁场悬浮在导轨上，像一架没有翅膀的飞机在超低空飞行，因此又被称作“空中列车”。与普通的列车相比，车轮与钢轨之间的摩擦力没有了，磁悬浮列车不仅能有效地利用能量，把列车从噪音与振动中解放出来，而且能实现列车行驶的高速度，它的行驶速度高达500公里每小时以上，这是目前人们所使用的陆地交通工具中最高的速度。
然而要想使沉重的列车悬浮起来可非易事，普通的磁铁难以胜任，必须得借助超导材料。在列车每一节车厢下面的车轮旁边，都安装有小型超导磁体，在地面上的轨道两侧埋设有一系列闭合的铝环线圈。当列车向前运动时，给列车上的超导体接通电流产生强磁场。地上线圈与之相切割，从而在铝环内就会产生很强的感应电流。这些感应电流产生的磁场与列车上超导磁体产生的磁场方向相反，两个磁体产生相当大的排斥力，当排斥力足够大时，列车就浮起来了。磁悬浮力随运动速度的提高而增强。
前途光明 道路曲折
自从高温超导体发现以后，超导技术对当今的 社会 和产业的冲击是巨大的，科学技术界对超导技术发展的前景表示了各种各样的见解，特别是从技术和经济分析方面对超导应用进行了估价与预测。
大多数专家，特别是超导专家对超导发展的前景持乐观态度，认为“超导引起的产业革命即将到来，这与半导体带来的影响相同，大概会引起至今没看到过的产业革命”。专家们从技术与经济可行性角度出发，对具体超导技术应用的实现同时持慎重态度，特别对超导在能源与运输设备上的应用（强电或强磁)实现时间的估计，大多数认为是21世纪的事情。个别专家认为：“半导体从二接头二极管发展到三接头的晶体管用40年时间，超导也许要经过很长的时间才能实用，但应用实现时影响是很大的。”超高速的超导计算机实用化的时间可能比能源与运输设备还要晚。总的来说，大多数超导弱电、弱磁应用实现时间要比强电、强磁早。
尽管“仁者见仁，智者见智”但学术界从未在研究的道路上畏缩不前。各国政府，特别是工业发达国家的政府，对超导研究极力支持，并给予大量投资，这些国家有实力的公司对研究成果迅速引进，迅速转变为生产力，这些都有利于超导技术的发展。这也说明，政府、企业与超导专家、研究者，在对超导将起的作用的看法方面取得了共识。超导在21世纪必将占有重要地位。
1911年，荷兰科学家昂内斯(Ones)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。但这里所说的「高温」，其实仍然是远低于冰点摄氏0℃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。 1.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°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。 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（OK=-273°C）。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°C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。 2.超导技术及其应用 比尔·李 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时发现水银的电阻完全消失，这种现象称为超导电性。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。 超导电性和抗磁性是超导体的两个重要特性。使超导体电阻为零的温度，叫超导临界温度。经过科学家们数十年的努力，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。 奇异的超导陶瓷 1973年，人们发现了超导合金――铌锗合金，其临界超导温度为23.2K，该记录保持了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）具有35K的高温超导性，打破了传统“氧化物陶瓷是绝缘体”的观念，引起世界科学界的轰动。此后，科学家们争分夺秒地攻关，几乎每隔几天，就有新的研究成果出现。 1986年底，美国贝尔实验室研究的氧化物超导材料，其临界超导温度达到40K，液氢的“温度壁垒”（40K）被跨越。1987年2月，美国华裔科学家朱经武和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，液氮的禁区（77K）也奇迹般地被突破了。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，临界超导温度竟然提高了100K以上，这在材料发展史，乃至科技发展史上都堪称是一大奇迹！ 高温超导材料的不断问世，为超导材料从实验室走向应用铺平了道路。 超群的超导磁体 超导材料最诱人的应用是发电、输电和储能。 由于超导材料在超导状态下具有零电阻和完全的抗磁性，因此只需消耗极少的电能，就可以获得10万高斯以上的稳态强磁场。而用常规导体做磁体，要产生这么大的磁场，需要消耗3.5兆瓦的电能及大量的冷却水，投资巨大。 超导磁体可用于制作交流超导发电机、磁流体发电机和超导输电线路等。 超导发电机 在电力领域，利用超导线圈磁体可以将发电机的磁场强度提高到5万～6万高斯，并且几乎没有能量损失，这种发电机便是交流超导发电机。超导发电机的单机发电容量比常规发电机提高5～10倍，达1万兆瓦，而体积却减少1/2，整机重量减轻1/3，发电效率提高50％。 磁流体发电机 磁流体发电机同样离不开超导强磁体的帮助。磁流体发电发电，是利用高温导电性气体（等离子体）作导体，并高速通过磁场强度为5万～6万高斯的强磁场而发电。磁流体发电机的结构非常简单，用于磁流体发电的高温导电性气体还可重复利用。 超导输电线路 超导材料还可以用于制作超导电线和超导变压器，从而把电力几乎无损耗地输送给用户。据统计，目前的铜或铝导线输电，约有15%的电能损耗在输电线路上，光是在中国，每年的电力损失即达1000多亿度。若改为超导输电，节省的电能相当于新建数十个大型发电厂。 广阔的超导应用 高温超导材料的用途非常广阔，大致可分为三类：大电流应用（强电应用）、电子学应用（弱电应用）和抗磁性应用。大电流应用即前述的超导发电、输电和储能；电子学应用包括超导计算机、超导天线、超导微波器件等；抗磁性主要应用于磁悬浮列车和热核聚变反应堆等。 超导磁悬浮列车 利用超导材料的抗磁性，将超导材料放在一块永久磁体的上方，由于磁体的磁力线不能穿过超导体，磁体和超导体之间会产生排斥力，使超导体悬浮在磁体上方。利用这种磁悬浮效应可以制作高速超导磁悬浮列车。 超导计算机 高速计算机要求集成电路芯片上的元件和连接线密集排列，但密集排列的电路在工作时会发生大量的热，而散热是超大规模集成电路面临的难题。超导计算机中的超大规模集成电路，其元件间的互连线用接近零电阻和超微发热的超导器件来制作，不存在散热问题，同时计算机的运算速度大大提高。此外，科学家正研究用半导体和超导体来制造晶体管，甚至完全用超导体来制作晶体管。 核聚变反应堆“磁封闭体” 核聚变反应时，内部温度高达1亿～2亿℃，没有任何常规材料可以包容这些物质。而超导体产生的强磁场可以作为“磁封闭体”，将热核反应堆中的超高温等离子体包围、约束起来，然后慢慢释放，从而使受控核聚变能源成为21世纪前景广阔的新能源。 科学家新近创造出一种新的物质形态，并预言它将帮助人类做出下一代超导体，以用于发电和提高火车的工作效率等多种用途。 这种新的物质形态称作“费密冷凝体”，是已知的第六种物质形态。前五种物质形态分别为气体、固体、液体、等离子体和1995年刚刚发明的玻色一爱因斯坦冷凝体。 费密子和玻色子的重大差异，体现在“自旋”这一量子力学特性上。费密子是像电子一样的粒子，有半整数自旋（如1／2，3／2，5／2等）；而玻色子是像质子一样的粒子，有整数自旋（如0，1，2等）。这种自旋差异使费密子和玻色子有完全不同的特性。没有任何两个费密子能有同样的量子态：它们没有相同的特性，也不能在同一时间处于同一地点；而玻色子却能够具有相同的特性。因此，1995年物理学家将一定数量铷和钠原子冷却成玻色子时，大部分原子变成了同样的低温量子态，实际上成为单一巨大的整体原子：玻色一爱因斯坦凝聚态。但像钾一40或锂一6这样的费密子，即使在很低的温度下，每种粒子必定也有稍微不同的特性。 2003年，物理学家找到了一个克服以上障碍的方法。他们将费密子成对转变成玻色子，两个半整数自旋组成一个整数自旋，费密子对就起到了玻色子的作用，所有气体突然冷凝至玻色一爱因斯坦凝聚态。奥地利英斯布瑞克大学的科学家将锂一6原子冷却，同时施加稳定磁场，促使费密子结合在一起；美国科罗拉多“实验室天体物理学联合研究所”采用的技术略有不同，他们将钾一40原子冷却后施加磁场，通过磁场变化让每个原子强烈吸引附近的原子，诱发它们形成成对原子，然后凝聚成玻色一爱因斯坦凝聚态。欢迎分享，转载请注明来源：内存溢出
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