高温超導體

高温超導體通常是指在液氮温度（77 K）以上超導的材料。人們在超導體被發現的時候（1911年），就被其奇特的性質（即零電阻，反磁性，和量子隧道效應）所吸引。但在此後長達七十五年的時間內所有已發現的超導體都只是在極低的温度（23 K）下才顯示超導，因此它們的應用受到了極大的限制。 ^[1] 

1986年柏諾茲和繆勒發現了35K 超導的鑭鋇銅氧體系。這一突破性發現導致了更高温度的一系列稀土鋇銅氧化物超導體的發現。通過元素替換，1987年初美國吳茂昆（朱經武）等和我國物理所趙忠賢等宣佈了90K 釔鋇銅氧超導體的發現，第一次實現了液氮温度（77 K）這個温度壁壘的突破。柏諾茲和繆勒也因為他們的開創性工作而榮獲了1987年度諾貝爾物理學獎。

這類超導體由於其臨界温度在液氮温度（77K）以上，因此通常被稱為高温超導體。液氮温度以上釔鋇銅氧超導體的發現，使得普通的物理實驗室具備了進行超導實驗的條件，因此全球掀起了一股探索新型高温超導體的熱潮。1987年底，我國留美學者盛正直等首先發現了第一個不含稀土的鉈鋇銅氧高温超導體。1988 年初日本研製成臨界温度達110K的鉍鍶鈣銅氧超導體。1988年2月盛正直等又進一步發現了125K 鉈鋇鈣銅氧超導體。幾年以後（1993年）法國科學家發現了 135K 的汞鋇鈣銅氧超導體。

2023年7月12日，《自然》雜誌（Nature）刊登中山大學王猛教授團隊主導的科學成果：首次發現液氮温區鎳氧化物超導體。這是中國科學家在全球率先發現的全新高温超導體系，是人類目前發現的第二種液氮温區非常規超導材料，是基礎研究領域“從0到1”的突破，將有望推動破解高温超導機理，使設計和預測高温超導材料成為可能。 ^[6] 

高温超導體包括四大類：90K的稀土系，110K的鉍系，125K的鉈系，和135K的汞系。它們都含有銅和氧，因此也總稱為銅氧基超導體。它們具有類似的層狀結晶結構，銅氧層是超導層。高温超導體已經取得了實際應用，開始為人類造福。例如，釔鋇銅氧超導體和鉍系超導體已製成了高質量的超導電纜。而鉈鋇鈣銅氧超導薄膜製成的裝置，早在上世紀末就安裝在移動電話的發射塔中，增加容量，減少斷線和干擾。

高温超導銅氧化物超導體包括a1.85Ba0.15CuO4, 及YBCO (釔-鋇-銅-氧化合物),都是著名的材料突破液氮的“温度壁壘”（77K）。 ^[2] 

新的和更高温度超導體的探索工作一直在緊張地進行着。因為高温超導理論還沒有很好的建立，探索工作的進展是緩慢的。雖然新超導體和更高温度超導性時有報道，但真正的新突破還沒有取得。

為什麼許多超導材料都需要在很低的温度下才能具有超導現象？是因為在常温下，導體原子之間存在空隙，電子在原子之間運動時，要穿越這些空隙，對原子產生碰撞，使原子振動發熱形成電阻。在極低温度下，導體原子之間幾乎沒有空隙，電子可以不對原子產生碰撞而自由通過。今後常温超導材料的研究應該選擇合適的不同元素混合，讓大小不同、形狀不同的原子組合在一起，讓原子之間沒有空隙，使電子能夠自由通過，不對原子產生碰撞。常温超導材料研製的難點在於許多材料的原子在常温下都會振動，而且原子之間的空隙比較大。只要混合元素選擇得當，常温超導材料很快就能大規模生產。

我們相信，曾在銅氧基高温超導體領域中取得過驕人成就的炎黃子孫，一定會在實現人類室温超導體夢想的征途上作出更為輝煌的貢獻。 ^[3] 

2022年1月13日，從電子科技大學獲悉，國際著名期刊《Nature》近日發表了題為《玻色子體系中的奇異金屬態》(Signatures of a strange metal in a bosonic system)的研究論文，首次在高温超導體中發現並證實了玻色子奇異金屬。 ^[4] 

2023年7月12日，《自然》雜誌（Nature）刊登中山大學王猛教授團隊主導的科學成果：首次發現液氮温區鎳氧化物超導體。這是中國科學家在全球率先發現的全新高温超導體系，是人類目前發現的第二種液氮温區非常規超導材料，是基礎研究領域“從0到1”的突破。 ^[5]