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1、第四章 材料研究新进展第一节 超导材料超导转变温度提高的历史*研究历史从超导电性的发现到BCS理论的建立（1911-1957）从BCS理论的建立到高温超导体的发现（1957-1986）从高温超导体的发现到MgB2的发现（1986-2001）从MgB2的发现至今（2001-高温超导体*晶格结构图中表示出原点不同的两种晶胞。(a)以Ca作晶胞原点，则原子坐标参数为：Ca(0,0,0)，Ti( , , ),O( , ,0)；(b)以Ti作晶胞原点，则原子坐标参数为：Ca( , , )，Ti(0,0,0)，O(0,0, )CaTiO3的结构t称
2、为容忍因子，Ra,Rb和Rx分别是A,B和X离子的半径。经验表明，当A离子和B离子的价态之和等于+6以便保持化合物的电中性且0.8≤t≤1.0时，复合金属氧化物ABX3能以钙钛矿型结构存在。*钙钛矿堆集高温超导体的母体是由Cu原子形成的反铁磁背景的Mott绝缘体，由钙钛矿结构单元通过堆叠或者错位堆叠的方式长成大的晶胞，并在某些位置上失去氧而形成。*Y系超导体常见的超导相有Y-123(7-δ)、Y-124和Y-247Y-123(7-δ)Y-123的很多性质均随着氧含量的不同而发生变化。在δ<0.2时，晶体属于正交晶系，空间群Pmmm，晶格
3、参数a=3.8187Å,b=3.8833Å,c=11.6687Å；δ=1时，Cu-O链上含氧量为零，晶格变为四方晶系，空间群变为P4/mmm；δ在约在0.6-1.0区间内时，δ个氧原子随机分布在晶胞两端的Cu-Cu之间，此时晶格也是四方结构。Y-123的Tc也随着氧含量的多少而变化，而且在0.3<δ<0.5时，Tc达到60K并且不随δ变化，形成一个“平台”，曾经认为平台的形成和orthⅠ和orthⅡ转变有关，后来发现并非如此，关于该现象尚无合理的解释。*Y系超导体常见的超导相有Y-123(7-δ)、Y-124和Y-247同属于正交晶系的
4、Y-124相与Y-123的不同在于b方向的Cu-O单链变成了双链，两个Cu-O链在b方向有相对b/2的错位，形成了edge-sharing形式的平行于bc面的单层Cu-O面。由于空间对称性发生了变化，Y-124的晶胞c轴是123相的两倍多，达到27.24Å，空间群为A-centeredAmmm。具有更长c轴的Y2Ba4Cu7O15-δ则是Y-123和Y-124在c方向交替排列的结果。*Bi系超导体Bi2Sr2Can-1CunO2n+4。当n=1,2,3时，分别被称为Bi-2201、Bi-2212、Bi-2223相。它们的Tc随CuO面的
5、层数增加而增加。分别为~10K,~85K和~110K。Bi系超导体晶格属于底心正交晶格，空间群为Amaa(n=1)A2aa(n=2,3)，a≈b≈5.4Å,c轴随n=1到3的增加从约24Å到36Å变化。晶格特点是两个RS结构的Bi-O层和一个Sr-O层与被n-1个Ca层间隔开的nCuO2超导层沿c轴方向相间排列而成。Hg系超导体HgBa2Can-1CunO2n+2+δ是至今合成的最新也是具有最高超导临界温度的高温超导系列。已知结构的Hg系超导体都是四方晶系，空间群为P4/mmm，n=1、2、3、4的a轴和c轴长度分别为（3.889Å,9
6、.546Å）(3.8586Å,12.697Å)(3.855Å,15.858Å)和(3.849Å,19.003Å)。Hg系超导临界温度比其它类别的超导体有很大提高，N=1的相HgBa2CuO4+δ具有94K的转变温度，这在单层CuO2面中是最高的;随n的增加Tc值也随之增加，在n=3时Tc达到最大值133K(常压)，这是已知超导体中最高的；虽然n甚至还可以提高到8，但临界温度却在降低,这一点对别的系列的超导体也是适用的[40]。该系列的压力效应十分显著。朱经武等[41]在高压条件下观测到的Hg-1223的Tc从常压时的135K增加到15G
7、Pa时的153K，以后又将其提高到45GPa时的164K[42]，原因尚不清楚。*Hg系列超导体*La系超导体La2-xAxCuO4+δ(la-0201)为四方晶系，在室温x>0.05时空间群I4/mmm，晶格参数a=3.8Å,c=13.2Å其母体结构为La2Cu04结构（n=1,R-P）,钙钛矿结构单元LaCuO3以a/2+b/2的位移方式堆叠形成这种结构。该结构也可看成是IL(CuO2)和RS(La2O2)交错排列形成。Tl系分为TlBa2Can-1CunO2n+3和Tl2Ba2Can-1CunO2n+4两种，除了前者在n=1时是半
8、导体外，二者的Tc均随n的增加而增大，并且在n相同时，前者的Tc比后者低15－20K左右，Tl2Ba2Ca2Cu3O10的Tc可达125K。含有单Tl-O层的晶格为简单四方结构，空间群为P4/mmm,a轴长
