神奇的超导材料

超导材料是一种没有电阻的材料,既能节约能量，减少电能因电阻而消耗的能量,还能把电流储存起来，供急需时使用。自从世界上以电力作为主要动力以来,就遇到两个令人头痛的问题,一是在输送电流时，不少电力因导线有电阻而发热,白白损失了相当的能量。另一个问题就是,白天的电力常常严重不足，而深夜的电力又大大富余,搞得发电机常常白天超负荷运转,深夜时却空转,电力白白浪费了。能不能把夜间富余的电力储存起来用以弥补白天电力不足的难题呢?

艰难的历程

自从有了超导材料以来,解决这个问题就大有希望了。超导材料是怎么发现的呢?那是1911年，许多科学家发现,金属的电阻和它的温度条件有很大关系。温度高时，它的电阻就增加，温度低时电阻减少。并总结出一个金属电阻与温度之间的关系的理论公式。这时,荷兰物理学家昂尼斯为检验这个理论公式是否正确，就用水银作试验。他将水银冷却到-40℃时,亮晶晶的液体水银像“结冰”一样变成了固体，然后，他把水银拉成细丝,并继续降低温度。同时测量不同温度下固体水银的电阻,当温度降低到4K时，一个奇怪的现象发生了,水银的电阻突然变成了零。开始他不太相信这一结果,于是反复试验,但都是一样。这一发现轰动了世界的物理学界,后来科学家把这个现象叫超导现象，把电阻等于零的材料叫超导材料，而把出现超导现象的温度叫超导材料的“临界温度”。

昂尼斯和许多科学家后来又发现了28种超导元素和8000多种超导化合物材料。但出现超导现象的临界温度大多在接近绝对零度的极低温,没有什么经济价值,因为制造这种极低温本身就很花钱而且很困难。

为了寻找临界温度比较高的没有电阻的材料，世界上无数科学家奋斗了近60年,也没有取得什么进展。直到1973年,英美一些科学家才找到一种在23K出现超导现象的铌锗合金。此后这一记录又保持了10 多年。

到了1986年,在瑞士国际商用公司实验室工作的贝特诺茨和缪勒从别人多次失败中吸收教训,放弃了在金属和合金中寻找超导材料的老观念,解放思想,终于发现一种镧铜钡氧陶瓷氧化物材料在43K这一较高温度下出现超导现象。这是一个了不起的成就,因此他们两人同时获得了1987年的诺贝尔物理学奖。

此后,美籍华人学者朱经武,中国物理学家赵忠贤在1987年相继发现了在78.5K和98K时出现超导现象的钇钡铜氧系高温超导材料。不久又发现秘锶钙氧铜系高温超导合金,在110K的温度就有超导现象;而后来发现的铊钡钙铜氧系合金的超导温度更接近室温,达120K。这样,超导材料就可以在液氮中工作了。这可以说是20世纪内科学技术上的重大突破,也是超导技术发展史上的一个新的里程碑。

至今,对高温超导材料的研究仍然方兴未艾。1991年,美国和日本的科学家又发现了球状碳分子C -60在掺钾、铯、钕等元素后,也有超导性。有些科学家预料,球状碳分子C-60经过掺金属后,将来有可能在室温下出现超导现象,那时，超导材料就有可能像半导体材料一样,在世界引起一场工业和技术革命。