第二代高溫超導材料元素是什麼（他們發現了起始轉變溫度為48.6開的鍶鑭銅氧化物超導體）

2023-05-18 06:12:16

改革開放40年專題

為紀念改革開放40年，弘揚科技工作者愛國奮鬥的時代精神，中國科學技術出版社對40年來我國重大科技成就進行了系統梳理。我們據此設置本專題，向改革開放過程中我國科技工作者「不輟行」的精神致以崇高敬意！

☞ 1986—1987年，中、美、日等國科學家在超導研究領域展開的激烈競爭，無疑是科技史上最動人心魄的篇章之一。

☞ 1986年12月26日，中國科學院物理研究所趙忠賢等人發現起始轉變溫度為48.6開的鍶鑭銅氧化物超導體，並觀察到在鋇鑭銅氧化物超導體70開（開是絕對溫度單位「開爾文」的簡稱）時出現的超導現象，中國的超導研究步入世界領先行列。

☞ 1987年，瑞士科學家柏諾茲和繆勒由於在高溫超導領域的突出貢獻而獲得諾貝爾物理學獎，在接受媒體採訪時，他們特意向遠在中國的同行趙忠賢和他的研究小組致意，感謝他們在這一領域作出的突破性貢獻。

走近超導體

我們在日常生活中都有使用電器的經歷。電器使用一段時間後，機器通常都會發熱，若使用時間過長，甚至還會因過熱而燒毀。這種現象是導體內部的電阻（當電子流過導線時，導線內部的材料阻礙其運動）造成的。

電阻造成的發熱現象不僅影響電器的日常使用，而且在能源的利用上也是一大浪費。如目前的銅或鋁導線輸電，約有15%的電能消耗在輸電線路上。

那麼，有沒有一種沒有電阻的材料呢？答案是：有，它就是超導體。

超導體，顧名思義，就是導電性較一般導體更佳的「超級導體」。

1911年，荷蘭科學家昂內斯發現，當汞冷卻到4.2開時，汞的電阻就消失了。在隨後的研究中，他還發現許多金屬和合金也具有相同的特性。由於這些材料超乎一般導體的導電性，他把它們稱為「超導態」或「超導體」。這一發現引起了整個科學界的震動，美國《商業周刊》稱超導體的發現「比電燈泡和電晶體更為重要」。

「邁斯納效應」示意圖

1933年，荷蘭的另外兩名科學家邁斯納和奧森菲爾德發現了超導體的另一個極為重要的特性：

當金屬處在超導狀態時，超導體內的磁場被排擠了出去，外加磁場能穿過其內部，此時超導體內呈現零磁場狀態，即反磁性，人們將這種現象稱為「邁斯納效應」。

利用超導體的反磁性可以實現磁懸浮。這種超導磁懸浮可以被廣泛應用於工程技術中，超導磁懸浮列車就是一例。此外，超導體還能廣泛應用於開發超導導線、超導發電機、超導電磁力船、核磁共振斷層掃描儀等。

中國超導走向世界

超導體的零電阻與反磁性特徵必將開啟新世紀能源革命的大門，但對低溫的要求極大程度地限制了超導材料的應用，因此，探索高溫超導體就成了無數科學家追求的目標。

1986年1月，瑞士科學家柏諾茲和繆勒首次發現鋇鑭銅氧化物在30開時出現了超導現象，但由於多種原因他們只把論文發表在了一家沒什麼名氣的小雜誌上。同時又由於超導史上曾多次有人宣稱發現了高溫超導體，但最終均以結果無法為他人所重複或被證偽而告終，因此，大多數科學家對發現高溫超導體的報導總是持懷疑態度。這些使得學術界沒有給予這一重大發現足夠的關注。中國科學院物理研究所的趙忠賢是為數不多的幾位認識到這篇文章重大意義的科學家之一。

1986年10月，趙忠賢和他的研究小組開始著手研究銅氧化物的超導性，和他們差不多同時展開研究的還有美國和日本的幾個實驗室，一場爭分奪秒的競賽由此展開。

1986年11月13日，東京大學實驗室首次成功證實了柏諾茲和繆勒的成果。

1986年12月26日，趙忠賢和他的研究小組在鍶鑭銅氧化物中實現了起始溫度為48.6開的超導轉變，並在鋇鑭銅氧化物中觀察到了70開時出現的超導跡象。這一發現震驚了世界，原因是這是當時發現的超導材料的最高溫度。

為此，《人民日報》在1986年12月26日發表了題為「我發現迄今世界轉變溫度最高超導體」的文章。

世界科學家在這一發現的鼓舞下不斷努力，各個實驗室捷報頻傳，超導臨界溫度被不斷刷新：

1987年2月19日深夜（20日凌晨），趙忠賢等發現了液氮溫區的超導電性：轉變溫度達92.8開。

1987年2月24日，中國科學院數理學部召開新聞發布會，宣布在Ba-Y-Cu-O（鋇-釔-銅-氧）中發現了液氮溫區超導電性。這是國際上首次公布液氮溫區超導體的元素組成。

1987年，趙忠賢（右一）與合作者陳賡華（左一）、楊乾聲（左二）在實驗室裡

1987年3月18日晚，紐約希爾頓酒店一間能容納1100人的大廳裡湧進了3000多名學者、研究生和記者，一場在世界範圍內持續了幾個月的超導競賽迎來了它的巔峰時刻。會議整整持續了7小時45分，後來被稱作「物理學界的伍德斯託克搖滾音樂節」。當晚的五位特邀嘉賓分別來自瑞士、日本、美國和中國，他們代表著當時國際上研究成績最為顯著的五個小組。

其中，趙忠賢領導的研究小組由於首次公布了液氮溫區的超導現象，在高溫超導這個舉世矚目的新領域裡為中國奪得了先發優勢。

這場超導競賽的領跑者柏諾茲和繆勒於1987年被授予諾貝爾物理學獎，在接受媒體採訪時，他們特意向遠在中國的同行趙忠賢和他的研究小組致意，感謝他們在這一領域作出的突破性貢獻。

趙忠賢和他的研究小組也獲得了國內外的無數榮譽，1989年，「液氮溫區銅氧化物超導電性的發現」獲得國家自然科學獎集體一等獎。