超級(jí)導(dǎo)體的定義，類型和用途
超導(dǎo)體是一種元素或金屬合金，當(dāng)冷卻到低于某個(gè)閾值溫度時(shí)，材料會(huì)急劇失去所有電阻。原則上，超導(dǎo)體可以允許電流在沒(méi)有任何能量損失的情況**動(dòng)（盡管在實(shí)踐中，理想的超導(dǎo)體非常難以產(chǎn)生）。這種類型的電流稱為超電流。
材料轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)狀態(tài)的閾值溫度指定為T，代表臨界溫度。并不是所有的材料都變成超導(dǎo)體，每種材料都有自己的T值。
超級(jí)導(dǎo)體的類型
- I型超導(dǎo)體在室溫下用作導(dǎo)體，但當(dāng)冷卻到T以下時(shí)，材料內(nèi)的分子運(yùn)動(dòng)減少到足以使電流流無(wú)阻礙地移動(dòng)。
- 2型超導(dǎo)體在室溫下不是特別好的導(dǎo)體，過(guò)渡到超級(jí)導(dǎo)體狀態(tài)比1型超級(jí)導(dǎo)體更為漸進(jìn)。目前尚不完全了解這種狀態(tài)變化的機(jī)制和物理基礎(chǔ)。2型超導(dǎo)體通常是金屬化合物和合金。
發(fā)現(xiàn)超級(jí)導(dǎo)體
超導(dǎo)性最早是在1911年發(fā)現(xiàn)的，當(dāng)時(shí)荷蘭物理學(xué)家Heike Kamerlingh Onnes將汞冷卻到大約4度開(kāi)爾文，這使他獲得了1913年的諾貝爾物理獎(jiǎng)。自那以后的幾年里，這個(gè)領(lǐng)域已經(jīng)**擴(kuò)展，還發(fā)現(xiàn)了許多其他形式的超級(jí)導(dǎo)體，包括20世紀(jì)30年代的2型超級(jí)導(dǎo)體。
超導(dǎo)的基本理論BCS理論使科學(xué)家John Bardeen，Leon Cooper和John Schrieffer獲得了1972年諾貝爾物理獎(jiǎng)。1973年諾貝爾物理獎(jiǎng)的一部分去了Brian Josephson，他也從事超導(dǎo)工作。
1986年1月，Karl Muller和Johannes Bednorz發(fā)現(xiàn)了一個(gè)發(fā)現(xiàn)，**改變了科學(xué)家對(duì)超級(jí)導(dǎo)體的看法。在此之前，理解是超導(dǎo)性僅在冷卻到接近**零時(shí)才表現(xiàn)出來(lái)，但是使用鋇，鑭和銅的氧化物，他們發(fā)現(xiàn)它在約40度開(kāi)爾文時(shí)變成超導(dǎo)體。這引發(fā)了一場(chǎng)競(jìng)賽，以發(fā)現(xiàn)在更高溫度下起超導(dǎo)體作用的材料。
在此后的幾十年中，達(dá)到的**溫度約為133度開(kāi)爾文（盡管如果施加高壓，您可以達(dá)到164度開(kāi)爾文）。2015年8月，發(fā)表在“自然”雜志上的一篇論文報(bào)道了在高壓下在203度開(kāi)爾文溫度下超導(dǎo)性的發(fā)現(xiàn)。
超級(jí)導(dǎo)體的應(yīng)用
超導(dǎo)體用于各種應(yīng)用，但最顯著的是在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的結(jié)構(gòu)中。包含帶電粒子束的隧道被包含強(qiáng)大超級(jí)導(dǎo)體的管道包圍。流過(guò)超導(dǎo)體的超級(jí)電流通過(guò)電磁感應(yīng)產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)，可用于根據(jù)需要加速和引導(dǎo)團(tuán)隊(duì)。
此外，超導(dǎo)體表現(xiàn)出Meissner效應(yīng)，其中它們消除了材料內(nèi)部的2016健康知識(shí)競(jìng)賽試題所有磁通，變得完全反磁性（1933年發(fā)現(xiàn)）。在這種情況下，磁場(chǎng)線實(shí)際上圍繞冷卻的超導(dǎo)體行進(jìn)。正是超導(dǎo)體的這種特性經(jīng)常用于磁懸浮實(shí)驗(yàn)，例如量子懸浮中所見(jiàn)的量子鎖定。換句話說(shuō)，如果回到未來(lái)式懸停板永遠(yuǎn)成為現(xiàn)實(shí)。在一個(gè)不太平凡的應(yīng)用中，超級(jí)導(dǎo)體在磁懸浮列車的現(xiàn)代進(jìn)步中發(fā)揮作用與飛機(jī)，汽車和煤炭動(dòng)力列車等不可再生的當(dāng)前選擇相比，基于電力（可以使用可再生能源產(chǎn)生）的高速公共交通提供了強(qiáng)大的可能性。
由Anne-Marie Helmenstine編輯，博士。
