超导材料和超导物理,一直是凝聚态物理研究中的重要课题,具有巨大的应用前景。

1908年荷兰物理学家Onnes在成功地液化了氦气之后,在研究金属材料在低温下的电阻特性时, 于1911年在水银中第一次发现了零电阻的超导现象(超导温度为4.2 K)。 为此Onnes于1913年获得诺贝尔物理学奖。 在此之后,探索具有更高超导温度的新超导材料以及理解超导产生的机理一直是凝聚态物理一个重要的课题。这导致了一系列新的金属和合金体系的发现和超导温度的不断提高。到1973年,在采取离子溅射方法制备的Nb3Ge薄膜中实现了23.2K的超导温度。

1986年,瑞士的科学家Bednorz和Muller独辟蹊径,在铜氧化物陶瓷系统中,发现了更高转变温度的超导材料,掀起了世界范围的高温超导研究热潮,并在短时间内将超导温度提高到液氮温度(77 K)以上,现已达到160K。 为此, Bednorz和Muller俩人于1987年获得诺贝尔物理学奖。探索具有更高温度的超导材料,尤其是室温超导材料是人们长期努力的方向(图3)

图3

1957年,美国科学家Bardeen,Cooper和Schrieffer建立的BCS超导理论,成功地解释了传统金属合金超导体系中的超导电性,他们因此于1972年获得诺贝尔物理学奖。但是铜氧化合物超导体表现出的许多奇异特性,难以用传统的BCS理论来解释,新的理论的建立势在必行。自1986年高温超导发现至今20多年,对高温超导的研究取得了许多进展,但机理问题仍没有解决(图4)。


图4