高温超导材料的研究进展.doc

高温超导材料的研究进展程长飞20091410404引言2O世纪8O年代后期高温超导的发现，在全球掀起了一股“超导热”。经过2O多年的研究发展，我国高温超导技术在超导材料技术、超导强电技术和超导弱电技术三个方面取得了重大进展和突破。在众多领域中，超导技术的应用具有非常突出的优点和不可取代的作用。随着高温超导材料和低温制冷技术的迅速发展，使超导技术的应用步伐迅速加快。超导技术在电力、通信、高新技术装备和军事装备等方面的应用也十分令人向往，具有重要的战略意义。根据第五届国际超导工业峰会预测，高温超导应用技术将在今后5～10年时间达到实用化水平，并将在2010年前后形成较大规模的产业。到2010年，全球超导产业的产值预计将达到260亿美元，到2020年将达到2400亿美元以上。超导技术将是21世纪具有光明前景的高新技术一、超导的基本概述和基本原理某些HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/6314.htm"金属在极低的温度下，其HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/3571.htm"电阻会完全消失，HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/10897.htm"电流可以在其间无损耗的流动，这种现象称为HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/22632.htm"超导。HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/22253.htm"超导现象于1911年发现，但直到1957年，美国科学家巴丁、库珀和施里弗在《物理学评论》提出BCS理论，其微观机理才得到一个令人满意的解释。BCS理论把超导现象看作一种HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/721256.htm"宏观量子效应。它提出，金属中HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/2289.htm"自旋和动量相反的HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/3476.htm"电子可以配对形成所谓“HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/1920204.htm"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。在BCS理论提出的同时，博戈留波夫（Bogoliubov）也独立的提出了超导电性的HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/2785.htm"量子力学解释。它使用的博戈留波夫变换至今为人常用。电子间的直接相互作用是相互排斥的库仑力。如果仅仅存在库仑直接作用的话，电子不能形成配对。但电子间还存在以晶格振动（HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/72909.htm"声子）为媒介的间接相互作用。电子间的这种相互作用是相互吸引的，正是这种吸引作用导致了“库珀对”的产生。大致上，其机理如下：电子在晶格中移动时会吸引邻近格点上的HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/532075.htm"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，也就没有电阻，形成所谓“超导”。HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/119799.htm"巴丁、HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/77986.htm"库珀和HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/368536.htm"施里弗因为提出超导电性的BCS理论而获得1972年的HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/7559.htm"诺贝尔物理学奖。不过，BCS理论并无法成功的解释所谓第二类超导，或HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/617822.htm"高温超导的现象。二、高温超导材料概述对超导现象，BCS理论给出了比较满意的解释。而在应用方面，超导现象具有很宽敞的应用空间，具有很高的应用价值。到了现代，人们一直致力于对超导材料的研究。在1968年以前，HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/31866.htm"高温超导材料的研究处于停滞状况，一直在