书城科普读物南极北极哪里冷
14890300000059

第59章 铅变成超导体的临界温度

大家在上电学课时都知道什么是导体,即电流容易通过的物体,最典型的就是金属。导体具有一定的电阻,会阻碍电流顺利通过,导致电流强度或电压改变。可是超导体又是怎么回事呢?

超导体的发现与超低温有关。19世纪末,科学家发明了压缩制冷机,将气体冷却至零下200℃以下,制成超低温液态空气。将普通物体放到液态空气中,它们的特性都发生了改变,例如橡胶失去了弹性,变得像玻璃一样脆而易碎;水银冻得比铁还硬;面包会发出蓝色的辉光……

最令人惊奇的是,一些金属在超低温下电阻突然消失,电流通过时没有任何损失,科学家称这种现象为超导性,称这种金属为超导体,称发生超导现象时的温度为临界温度。例如铅在零下265.93℃时变成为超导体,几百安培的电流绕着铅制成的线圈流动,经过两年半时间,电量没有丝毫减少。

人们立即想到,如果用超导体制成电线就好了。因为没有电阻,电流通过时就不会产生热量,用超导体制作发电机环绕铁心的线圈,可以通过很强的电流以产生强电磁场,而所消耗的功率却只有普通发电机的一小部分。

不过这里有一个难以解决的问题,我们常见的铁、镍、铜、铝、锡、铅等金属的临界温度都很低,例如水银的临界温度为零下269.03℃,锡为零下269.43℃,铝为零下271.95℃,其他金属的临界温度就更低了。临界温度最高的金属是锝,但也在零下261.95℃。要制造并保持这么低的温度,所消耗的能量可比超导体发电机节省的能量大多了。如果能使超导体的临界温度提高到室温就好了。

后来人们发现,如果将几种金属混合起来制成合金,临界温度就会提高。特别是含有铌的合金,例如铌铝锗合金,在零下252℃时可出现超导性。这给了科学家极大启发,是否其他非金属材料,包括我们平常绝不会想到用来导电的玻璃陶瓷之类,也具有超导性呢?

20世纪80年代,德国科学家柏德诺兹和瑞士科学家缪勒通过实验发现,一类含有铜的氧化物陶瓷材料可以在相对较高的温度下转变为超导体。当然,这里所说的较高的温度仍然在零下200℃(130K)上下,但相比传统超导体而言,已经算是“高温”了。柏德诺兹和缪勒因发现氧化物高温超导材料而获得1987年诺贝尔物理学奖。

此后,全世界各国科学家掀起一场寻找高温超导物质的浪潮,中国科学家首先将钇钡铜氧化物材料的临界温度提高到零下173℃以上,美国华裔科学家则研制出临界温度在零下143℃的汞钡钙铜氧化物超导材料,日本科学家甚至发现镧锶铜氧化物材料在14℃室温条件下存在超导迹象。