超导研究方兴未艾 [复制链接]

第7版(国际)
专栏：专论

　　超导研究方兴未艾
黄兴章
１９８７年初，超导研究的重大突破揭开了当代物理学发展的新篇章。三年过去了，这项研究依然呈现着方兴未艾之势。围绕着超导体基本特征性质的三个指标（临界温度、临界电流、临界磁场），科学家们目前正在加紧科学上的探索与技术上的创新。
当前高温超导研究的主要特点是什么呢？我国超导技术专家委员会首席专家甘子钊和国家超导技术联合研究开发中心主任杨国桢认为，与前一、二年相比，现超导学术研究正处在相对平稳时期与应用开发的攻坚阶段。据预测，超导技术的应用范围极广，几乎涉及一切电磁应用场合，发展前景乐观，估计２００５年左右超导国际市场交易可达２６亿美元以上。为此，美国、日本以及西欧一些国家，均将高温超导列入优先发展的尖端技术范畴，积极部署力量，采取多种措施，以使其产品抢先占领国际市场。
继液氮温区的钇系材料之后，寻找发现新型高温超导体是各国科学家的目标之一，特别是无稀土元素铊系、铋系材料的研制成功，是国际上又一新的突破。上述材料曾达到１２５Ｋ的超导状态。我国研制的掺以铅、锑元素的铋锶钙铜氧化物超导体，超导转变温度为１３２Ｋ，至今仍保持世界最高纪录，并在更高温度处出现了某些超导转变迹象。另外，最近日本已在无铜高温超导材料的研制方面获得新进展，这种新型超导物质是钒、铊、锶三种元素复合的氧化物，主要成份是钒，它曾经在最高临界温度１３０Ｋ下起作用。过去的超导体是以铜的氧化物为基础的，日本这项超导研制新成果无疑将对超导研究的应用起相当大的推动作用。
超导电性最诱人之处在于它的大电流应用。然而，高温氧化物块状（或称体材）材料一开始就遇到了承载大电流能力甚低的障碍，因此，在液氮温区范围内提高块状材料的临界电流密度成为国际竞争的焦点。科学家们通过物理与材料的研究，多途径地使用新的工艺技术，临界电流密度由开始的每平方厘米数百安培，逐步提高到每平方厘米数千、数万安培。美国休斯敦大学朱经武教授领导的小组，已研制出一种连续制造法，能把超导材料制成所需规格的实用形状，如片、带、棒、线，甚至厚带等；我国最近用区熔法制成的钇钡铜氧化物体材料，在７７Ｋ和１万高斯磁场下，临界电流密度接近每平方厘米７万安培的记录，属于国际上最好的水平。
高温氧化物超导材料一出现，科学家们就注意将它制成薄膜材料，以作为迈向实用化的开端。目前超导薄膜的临界电流又登上新台阶，达到了每平方厘米１１００万安培。日本超导工程研究所应用有机金属化学气相成长法，制成厚度为３５埃（１埃为千万分之一毫米）。我国制出临界温度９２．３Ｋ的钇系超导薄膜，在７７Ｋ无磁场情况下，临界电流密度跨过每平方厘米４００万安培，其中最好的已达到每平方厘米７００万安培。最近，我科技人员又制成钇钡铜氧化物—镨钡铜氧化物—钇钡铜氧化物三层状结构，其临界温度为８４Ｋ。无疑，这些工作都为高温氧化物超导电子器件的发展提供了基础。
近几年来，世界各国科学家就高温超导电性的物理研究已发表了近万篇科学论文，在深度和系统性上比原来提高了一大步。目前科学家们普遍认为，高温超导电性就其本质来说，仍然是常规超导体（指液氦温区超导体）中配对电子的量子效应，它的宏观唯象描述与常规超导体大致相似，几乎所有在常规超导体中最重要的物理现象，均可在高温超导体予以证实。各国科学家在微观的更深层次上开展了显微结构、输运性质、磁通蠕动、电磁相互关系方面的研究。
利用高温氧化物超导材料制造超导量子干涉探测器、高速微芯片、红外探测器等，是各国科学家应用开发的重要领域。日本理化研究所和三井金属矿业公司利用铋系超导状态的迈斯纳效应，在世界上首次开发出能将外部磁场抑到２５万分之一的磁屏蔽容器，如和超高灵敏度的磁传感器组合使用，则可望研制出用于脑诊断功能的新装置。据美国报纸报道，已开发出高温超导体晶体管，成功地用这种晶体管组成放大器，其工作原理与最普通的硅元件之一的场效应晶体管非常相似。我国研制的高温超导量子干涉探测器现已试用于野外地磁测量，初步实验结果是令人满意的，达到了世界上先进的技术性能指标。其他如超导混频器、超导天线、超导体微波特性等研究，可用于通信、军事等领域，各国都十分重视，其发展喜人。
由此可见，超导技术是一项综合性很强的高技术，对能源、工业、交通、国防等各方面都具有重要的应用价值和巨大的开发前景。