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论文作者:Christoph Strunk等 期刊:《自然》 发布时间:2008-4-21 10:29:22
超绝缘现象与高温超导并存
 
一个由美国、俄罗斯、德国和比利时的明升体育app家组成的研究小组,在温度接近绝对零度和强磁场状态下,从氮化钛薄膜中发现了超绝缘现象,奇怪的是,超绝缘现象是由超导现象引起的。该项科研成果发表在近期出版的英国《自然》(Nature)杂志上。
 
1911年,荷兰物理学家卡茂林-昂尼斯意外地发现,将汞冷却到-268.98℃时,汞的电阻会突然消失,从而首次发现了超导现象。
 
1957年,美国伊利诺斯大学的巴丁、库柏和斯里弗提出了著名的“巴库斯超导量子理论”,他们认为,在超导态金属中电子以晶格波为媒介相互吸引而形成电子对,无数电子对相互重叠又常常互换搭配对象形成一个整体,电子对作为一个整体的流动产生了超导电流。由于拆开电子对需要一定能量,因此超导体中基态和激发态之间存在能量差,即能隙。这一理论的提出使超导研究进入了一个新的阶段。
 
1962年,年仅20多岁的剑桥大学实验物理研究生约瑟夫逊提出,在超导结中电子对可以通过氧化层形成无阻的超导电流,这个现象称作直流约瑟夫逊效应。
 
超导现象研究中的上述三次重大发现与近期多国明升体育app家的发现有何关系?表面上看,虽然研究结果相反,但从整体上看是一致的。
 
研究人员将氮化钛薄膜冷却到接近绝对零度的状态,也就是说符合瑟夫逊效应,在这样的薄膜上外加直流电后发现,电流无损耗地经过薄膜,薄膜中产生了超导现象。但具有瑟夫逊效应的氮化钛薄膜只是一种理想模型,实际上的薄膜是一种微小尺寸的颗粒结构,在低温环境下颗粒是一种超导磁畴,并被绝缘区包围。
 
研究人员将薄膜置于0.9特斯拉(为地球磁场2000倍)的强磁场、温度为70mK(K为绝对温度)的环境中后发现,薄膜的表现就像普通的绝缘体一样,但当温度降低到20mK后发现,电流急剧接近零,也就是电阻无限增大。原来,这里发生了量子现象,出现了与超导完全相反的现象——超绝缘。虽然这很奇怪,但超绝缘效应在实验中与超导现象同时存在,因为磁畴仍然具有超导性。
 
超绝缘现象具有多大的稳定性?众所周知,当温度高于临界温度、外界磁场高于临界场和外加电流高于临界电流的情况下,超导现象将被破坏。研究发现,在某些状态,超绝缘现象也存在类似的情况。
 
研究人员指出,尽管上述研究目前只是基础研究,但该超绝缘现象的实际应用非常重要,它能解决一系列明升手机电源上的重大问题。 (来源:科技日报 董映璧)
 
(《自然》(Nature),452, 613-615 (3 April 2008),Valerii M. Vinokur, Mikhail R. Baklanov & Christoph Strunk)
 
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