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第三百七十八章 招揽(1/3)

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物理学家们为了阐明超导体的机理,提出了多种理论,包括1935年提出的,用于描述超导电流与弱磁场关系的london方程,1950到1953年提出的,用于完善london方程的pippard理论,1950年提出的,用于描述超导电流与强磁场关系的gl理论;1957年提出的,从微观机制上解释第一类超导体的bcs理论……一直到现在,科学家开始提出通过量子相变实现超导的新机制:即量子自旋霍尔绝缘体的拓扑缺陷凝聚形成超导体。

这里面,比较重要的就是gl理论和bcs理论。

gl理论是在朗道二级相变理论的基础上提出的唯象理论。

理论的提出者是京茨堡和朗道。

gl理论的提出是基于以下考虑:当外界磁场强度接近超导体的临近磁场强度时,超导体的电流不服从线性规律,且超导体的零点振动能不可忽略。

gl理论的最大贡献在于预见了第二类超导体的存在。

从gl理论出发,可以引出表面能k的概念。

当超导体的表面能k>1/√2时,为第一类超导体;当超导体的表面能k<1/√2时,为第二类超导体。

bcs理论则是以近自由电子模型为基础,以弱电子-声子相互作用为前提建立的理论。

理论的提出者是巴丁、库珀、施里弗。

bcs理论认为,金属中自旋和动量相反的电子可以配对形成库珀对,库珀对在晶格当中可以无损耗的运动,形成超导电流。

简单地说,我们可以把电子比喻成一只只有一个翅膀的小蜜蜂,这样的小蜜蜂是飞不起来的,但两只这样的小蜜蜂结合在一起,翅膀一左一右煽动,就可以飞起来了。

对于库珀对产生的原因,bcs理论做出了如下解释:电子在晶格中移动时会吸引邻近格点上的正电荷,导致格点的局部畸变,形成一个局域的高正电荷区。这个局域的高正电荷区会吸引自旋相反的电子,和原来的电子以一定的结合能相结合配对。在很低的温度下,这个结合能可能高于晶格原子振动的能量,这样,电子对将不会和晶格发生能量交换,没有电阻,形成超导电流。

bcs理论很好地从微观上解释了第一类超导体存在的原因,理论的提出者巴丁、库珀、施里弗因此获得1972年诺贝尔物理学奖。

但bcs理论无法解释第二类超导体存在的原因,尤其是根据bcs理论得出的麦克米兰极限温度,早已被第二类超导体突破。

直到现在,物理学界也没有形成一个获得普遍认可的超导形成机制。

至于在高温超导体的探索上,学术界倒是取得了不少进展。

1986年,缪勒和柏诺兹发现一种成分为钡、镧、铜、氧的陶瓷性金属氧化物labacuo4具有高温超导性,临界温度可达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很大,缪勒和柏诺兹因此而荣获了1987年度诺贝尔物理学奖。

此后,高温超导的研究迅速发展。

在中美等国科学家的推动下,该记录在五年内不断刷新。

并于1994年创下了常压135k,高压164k的临界温度新纪录。

然而,铜氧化物高温超导材料属于氧化物陶瓷,缺乏柔韧性和延展性,容易在承载大电流时失去超导电性而迅速发热,应用起来存在许多技术难度。

而且,其物理性质及其复杂,难以被现有理论框架解释。

到了2008年,日本科学家发现了铁砷化物体系中存在26k的超导电性,在中国科学家的努力下,这类超导材料的临界温度很快突破了40k,甚至在块体材料中实现了55k的超导电性。

于是新一代超导家族铁基超导宣告发现。

只是这类超导体大多含砷或者碱金属,对空气敏感,应用方面同样存在很多的局限性。

至于室温超导体是否存在,目前学术界普遍是认为存在的,日本科学家甚至将寻找到400k以上的超导体作为其远景目标。

但要百分之百确认一个室温超导体的存在,却不是一件容易的事。

毕竟要判断一个新材料是否是超导体,必须同时具备零电阻效应和完全抗磁性两大特征,电阻不降到零或者抗磁性很差都不能百分之百断定是超导。

历史上,有多个“超导体”因为没有确切证据,而被科学家戏称为可疑超导体,简称u有的一拼。

在这些uso中,有的宣称达到了200k甚至400k都有超导电性,却从来没有被更多的实验证明过。

甚至有些人为了谋取个人利益,干脆进行学术造假。

比如一位叫做简·亨德里克·肖恩的德国人,曾经在2001年疯狂灌水,声称在c60等材料中发现了52k以上的高温超导电性以及其他一系列电子器件应用,其论文产出效率达到了每八天一篇的速度。

最终,物理学家们发现他的论文几乎全部都进行了数据造假。

ure系列杂志2003年撤稿八篇,其他学术期刊也纷纷撤稿数十篇。

后来他的母校看不下去了,撤销了他的博士学位,这桩丑闻轰动了整个学术界,肖恩也被称为物理学界五十年一遇的大骗子。

虽然如此,学术界对于室温超导体的热度始终不减。

特别是近年来,几乎每个月都有新的超导体被发现。

其中比较重要的有2015年,德国科学家发现了硫化氢在200万个大气压下具备203k的超导电性,但如此苛刻的条件,也就只能在实验室里才能完成

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