超导探索与科学思辨

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1、超导探索与科学思辨李平林郑州大学物理工程学院郑大主页－教师信息－个人主页●hptt//www8.zzu.edu.cn/lpl6超导探索与科学思辨主要内容●概论●超导研究史话●超导离我们生活有多近●超导研究进展●超导应用前景展望●科学研究中的哲学沉思超导探索与科学思辨一、概论●昂纳斯的发现●接连不断的诺贝尔奖●一些奇异属性●目前的研究热点●超导发动机超导探索与科学思辨昂纳斯的发现●卡末林-昂纳斯以极大的精力改善了实验室装备，使之由初具规模发展到后来居上。莱顿低温实验室于1894年建立了能大量生产液氢和其它气体（包括氦气）的工厂和一栋规模甚大的

2、实验楼馆。他以工业规模建立实验室，这在历史上还是第一次。就是从这里开始，物理学由手工业方式走向现代的大规模水平。下图是卡末林-昂纳斯的低温实验装置原理图。超导探索与科学思辨超导探索与科学思辨1908年7月10日,卡末林-昂纳斯和他的同事在精心准备之后，集体攻关，终于使氦液化。这次卡末林-昂纳斯共获得了60cc的液氦，达到了4.3K的低温。他们又经过多次实验，第二年达到1.38-1.04K。它标志着所有物质都可以存在于气液固状态。“永久气体”氦气液化成功超导探索与科学思辨昂纳斯为了研究金属在低温下的属性，选用了水银，却偶然地发现了并不只是属于

3、纯水银的一种普遍现象--超导电性。然而，对于卡末林-昂纳斯来说，这一发现并非完全偶然，因为第一，他首先实现了氦的液化，而且直到20年代，全世界只有他独家生产液氦；第二，他所在的低温实验室拥有大规模液氢生产设备，可以保证维持氦恒温器的低温状态；第三，他明确地认定要探索低温下物质的各种特性，特别是电阻的变化。而正是从各种金属的电阻随温度变化的关系打开了通向超导电性的道路。所以超导电性的发现对于卡末林-昂纳斯来说，又是必然的。发现超导现象超导探索与科学思辨接连不断的诺贝尔超导90年.doc超导探索与科学思辨一些奇异属性电阻完全消失？超导探索与科学

4、思辨一些奇异属性●迈斯纳效应当金属处在超导状态时，这一超导体内的磁感应强度为零，即能把原来存在于体内的磁场排挤出去。他们对围绕球形导体（单晶锡）的磁场分布进行了实验测试，结果惊奇地发现：锡球过渡到超导态时，锡球周围的磁场都突然发生了变化，磁力线似乎一下子被排斥到超导体之外去了。于是，人们将这种当金属变成超导体时磁力线自动排出金属体之外，而超导体内的磁感应强度为零的现象，称为“迈斯纳效应”。超导探索与科学思辨一些奇异属性●超导轴承超导轴承.AVI超导探索与科学思辨电流10万年不消失？昂尼斯发现超导电性以后，继续进行实验，测量低温下电阻是否完全

5、消失。卡茂林－昂尼斯把一个铅制圆圈放入杜瓦瓶中，瓶外放一磁铁，然后把液氦倒入杜瓦瓶中使铅冷却成为超导体，最后把瓶外的磁铁突然撤除，铅圈内便会产生感应电流并且此电流将持续流动下去，这就是卡茂林－昂尼斯持久电流实验。许多人都重复做这个实验，其中电流持续时间最长的一次是从１９５４年３月１６日到１９５６年９月５日，而且在这两年半时间内持续电流没有减弱的迹象，液氦的供应中断实验才停止。持续电流说明超导体的电阻可以认为是零。后来，费勒和密尔斯利用核磁共振方法测得结果表明：超导电流持续时间不少于１０万年。超导探索与科学思辨目前研究热点●建立明确的微观机制

6、是高温超导研究的最高目标。因为只有认清了高温超导发生的真正原因，才能找到有效提高临界温度Tc以及临界电流密度Jc等参数的有效途径，为制备室温超导体和投入广泛应用奠定理论基础。只要高温超导的应用未达到人类的理想境界，理论研究将一直是最热门的话题之一。超导探索与科学思辨目前研究热点●新型超导体的探索是目前研究的最现实目标。在未能认清高温超导微观机制的情况下，只有根据已经取得的经验寻找新的超导材料，以期不断提高临界温度Tc并实现更有效的应用。同时，在探索新型超导材料过程中，对其各种物理属性的认识也为建立微观模型提供依据。就目前研究进展而言，对于经

7、验的运用似乎已经达到极限。自从1996年以来，充分运用各种经验手段，Tc仍然未能突破164K。超导探索与科学思辨目前研究热点●二硼化镁超导电性研究新进展2001年1月10日，日本青山学院大学教授秋光纯宣布，他的研究小组发现金属间化合物二硼化镁具有超导电性，超导转变温度高达39K。消息传来，全世界凝聚态物理学界为之兴奋。二硼化镁结构简单，易于制作和加工，有着广阔的应用前景。3个月来，世界各国的研究人员使用各种现代化的研究手段，对二硼化镁超导体的物理性质进行了重点研究，研究论文大量涌现，目前已达100多篇。3月12日，在美国西雅图市召开了关于二

8、硼化镁超导电性的国际研讨会，中、美、日等13个国家的数百名科学家出席了研讨会，会上共宣读论文76篇。超导探索与科学思辨目前研究热点●发现二硼化镁超导电性的意义。迄今为止，二硼化镁