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铁基超导
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展品简介

   “超导”是指某些材料在临界温度以下时,电阻会突然消失的现象。在金属导体中,定向运动的电子会与晶格等发生碰撞,部分能量因碰撞转换为热能而被消耗掉;而在超导体中,电子可以两两成对,配对相干的电子不会因为散射而损失动能,可以毫无阻力地在导线中传输,产生“超导”现象。如果导线为环形,电流将永久环流而不衰减。

  人类对超导并不陌生,早在1911年,荷兰物理学家卡默林·昂内斯就发现当温度降至3K附近,金属汞的电阻急剧下降为零。在随后的一百多年中,人们发现了具有超导特性的材料,包括元素、合金、陶瓷等,多达上千种。

  在研究中,人们发现:一些超导体的临界温度存在着40K(也就是-233℃左右)的理论上限,称作“麦克米兰极限”。如果能突破这个限制,找到临界温度较高的超导体,就可能极大的降低超导技术的使用成本,为更广泛的应用铺平道路。这便是“高温超导”。

  1986年,人们首次发现铜基超导体临界温度较高。1987年,美国休斯敦大学的朱经武、吴茂昆研究组和中国科学院物理研究所的赵忠贤团队分别独立发现临界温度达到90K以上的铜基超导体。

  2008年,日本科学家意外发现,铁基化合物临界温度可达26K。铁具有磁性,曾被认为不适合合成超导材料。因此,这一发现为高温超导探索开启了新的方向。我国科学家抓住机遇,迅速跟进,采用“稀土替代”方法,首次突破了40K的麦克米兰极限,随后经过优化,又创造了常压下临界温度55K的记录。这一发现轰动国际物理学界,它标志着,经过几十年的不懈探索,新一代高温超导家族——铁基超导体诞生了!

  自此,在物理学家的努力下,高温超导研究进入了全新阶段。据估计,铁基超导材料可能多达3000多种。目前的发现仅是冰山一角。这些超导材料在能源、信息技术、航空航天、交通运输等领域中有广阔的应用前景。例如:

  制造输电线路时,如果采用高温超导材料,利用其零电阻的特性,可以远距离无损输电,大大降低损耗。

  利用稳定的超导磁体,可以出制造性能优良的核磁共振仪。如果能研发出综合性能优越的新超导材料,那么这种精密仪器的制造和维护成本将大大降低。

  高温超导的另一大应用热点是“磁悬浮”列车。超导体完全抗磁,因此,当置于磁场中时,磁场无法进入材料内部,而是紧紧分布在其周围,产生悬浮效果。如果使用超导材料制造列车并配合特殊设计的导轨,就可以实现车体悬浮,车体与导轨间的摩擦力降为零。利用这一特性,可以制造出节能的超高速列车。

  总而言之,超导研究为人类打开了一扇材料世界的大门。随着研究的日益深入,在未来,当高温超导技术成熟、乃至实现了“室温超导”时,人类社会的面貌将会发生翻天覆地的变化。而在高温超导理论、实验和应用上做出重大贡献的中国科技工作者,将被永远铭记。

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