大學(xué)物理閱讀材料

TOcT圖8-1在Tc處，TOcT圖8-1在Tc處，R陡降為0§8.1超導(dǎo)現(xiàn)象及其主要特性一、什么是超導(dǎo)體到目前為止，科學(xué)家已發(fā)現(xiàn)某些金屬（包括合金）、有機(jī)材料、陶瓷材料在一定的溫度Tc以下，會(huì)出現(xiàn)零電阻的現(xiàn)象，我們稱這些材料為超導(dǎo)體。同時(shí)，科學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)磁場(chǎng)能破壞超導(dǎo)狀態(tài)。每一種超導(dǎo)材料除了有一定的臨界溫度Tc外，還有一個(gè)臨界磁場(chǎng)強(qiáng)度昆，當(dāng)外界磁場(chǎng)超過Hc時(shí)，即使用低于Tc的溫度也不可能獲得超導(dǎo)態(tài)。此外，在生物體中也發(fā)現(xiàn)有超導(dǎo)現(xiàn)象存在。超導(dǎo)現(xiàn)象首先是由荷蘭Leiden大學(xué)學(xué)者KamerlinghOnnes（卡末林?昂尼斯）在1911年發(fā)現(xiàn)的。早在1908年，Leiden實(shí)驗(yàn)室就掌握了He（氦）氣的液化技術(shù)，He在一個(gè)大氣壓下液化時(shí)，溫度為4.2K，Onnes將這一低溫技術(shù)成果用來研究日&（水銀）導(dǎo)線的電阻隨溫度變化的規(guī)律。他測(cè)得樣品在溫度為4.2K時(shí)，電阻驟降為零。當(dāng)時(shí)，所有的理論都無法圓滿地解釋金屬導(dǎo)體這種非零溫下的零電阻效應(yīng)。幾乎經(jīng)歷了半個(gè)世紀(jì)，這個(gè)謎才得到解答。二、超導(dǎo)的主要特性超導(dǎo)現(xiàn)象有許多特性，其中最主要的有五個(gè)，即零電阻效應(yīng)，完全抗磁性效應(yīng)（Meissner效應(yīng)），二級(jí)相變效應(yīng)，單電子隧道效應(yīng)，約瑟夫森（Josephson）效應(yīng)。下面，將分別加以介紹。1.零電阻效應(yīng)零電阻是超導(dǎo)體的一個(gè)最基本的特性。圖8-1是金屬電阻與溫度的關(guān)系曲線，在T>Tc時(shí)，R與T成直線關(guān)系。當(dāng)溫度降低時(shí)，這種線性關(guān)系碰撞改變球的運(yùn)動(dòng)方向圖8-2球A將它全部的動(dòng)能交給球B圖8-3會(huì)失去，從而出現(xiàn)偏離線性的情況。當(dāng)T達(dá)到臨界溫度Tc時(shí)，電阻R突然變?yōu)榱?。由?jīng)典理論可知，金屬中的電阻是由晶格熱振動(dòng)對(duì)自由電子定向漂移的散射所引起的。金屬原子容易失去其外層電子而變成帶正電的離子，這些離子在金屬中有規(guī)則地呈周期性排列，形成品格。在晶格中，正離子只能在平衡位置附近作熱振動(dòng)。當(dāng)自由電子在外電場(chǎng)作用下進(jìn)行定向運(yùn)動(dòng)時(shí)，自由電子各向同性的熱運(yùn)動(dòng)與沿電場(chǎng)力方向的定向運(yùn)動(dòng)就疊加在一起，稱為定向漂移。定向漂移的電子將和作熱振動(dòng)的正離子發(fā)生碰撞。碰撞中，產(chǎn)生兩個(gè)結(jié)果：一是自由電子在碰撞時(shí)把定向漂移的能量傳給正離子，使正離子的熱振動(dòng)加??；二是自由電子在碰撞中，改變了原運(yùn)動(dòng)方向，被稱為散射。我們可以用日常觀察到的碰撞來說明這種散射及能量交換效果。當(dāng)你觀察臺(tái)球運(yùn)動(dòng)時(shí)，常會(huì)看到圖8-2所示的情況：球A與球B碰撞后，改變了自己原來的運(yùn)動(dòng)方向。如果A、B兩球的質(zhì)量相等，且B球開始靜止不動(dòng)，則當(dāng)A與B正碰時(shí)，球A將變?yōu)殪o止，球B則以A球的入射速度前進(jìn)，如圖8-3所示，球A將自己的運(yùn)動(dòng)能全部交給了球B。在金屬中，正是類似的效果使自由電子的定向漂移受到阻礙，通常講的金屬中的電阻指的就是這個(gè)意思。什么時(shí)候電阻才可能為零呢？按照經(jīng)典理論，只有當(dāng)溫度T=0K，即為絕對(duì)零度時(shí)晶格才停止熱振動(dòng)，不再散射電子，電阻才為零，我們稱此理論為零溫零電阻論。在較高溫度時(shí)，電阻與溫度成直線關(guān)系，于是由經(jīng)典理論應(yīng)得到圖8-4碰撞改變球的運(yùn)動(dòng)方向圖8-2球A將它全部的動(dòng)能交給球B圖8-3的非零溫零電阻現(xiàn)象的。圖8-5量子理論的R-T圖8-5量子理論的R-T曲線圖8-4經(jīng)典理論的R-T直線再看看量子理論能否解釋。根據(jù)諧振子的量子理論，即使T=0K，品格仍有零點(diǎn)振動(dòng)能。因此，電阻不能為零。圖8-5是按量子理論得到的R-T關(guān)系曲線，其中T=0K時(shí)R#0；在T較小時(shí)，RxT5。由此可見，量子理論也無法解釋超導(dǎo)的非零溫零電阻效應(yīng)。2.完全抗磁性效應(yīng)（Meissner效應(yīng)）1933年，德國學(xué)者M(jìn)eissner（邁斯納）和Ochsenfeld（奧奇森菲爾德）觀察到，磁場(chǎng)中的錫樣品冷卻為超導(dǎo)體時(shí)，能排斥磁場(chǎng)進(jìn)入樣品內(nèi)部，這一現(xiàn)象稱為完全抗磁性效應(yīng)或Meissner效應(yīng)。邁斯納效應(yīng)是超導(dǎo)體根本的特性。早期曾有人認(rèn)為超導(dǎo)體是一種導(dǎo)電率b等于無窮大的導(dǎo)體，即用純電學(xué)的觀點(diǎn)去看超導(dǎo)體。實(shí)際上，這種觀點(diǎn)認(rèn)為超導(dǎo)體與普通導(dǎo)體沒有本質(zhì)區(qū)別，其不同之處僅僅在于電導(dǎo)率的大小存在著差異而已，實(shí)驗(yàn)證明這種想法是不正確的。電學(xué)中有一個(gè)歐姆定律，它反映了電壓V，電流I和電阻R之間的關(guān)系：V=IR。如果用場(chǎng)的觀點(diǎn)來表示，則歐姆定律有一定微分形式J=bE其中，，/是電流密度矢量，E是電場(chǎng)強(qiáng)度，b是電導(dǎo)率。此外，由電磁學(xué)的麥克斯韋方程dt可知，若將超導(dǎo)看成是bT3的導(dǎo)體，于是在超導(dǎo)體中的磁場(chǎng)B應(yīng)滿足方程

dB-Vxj八一=—VxE=-——j—0Qtb…上式表明，超導(dǎo)體內(nèi)的磁場(chǎng)B與時(shí)間t無關(guān)，或B不隨時(shí)間改變，而完全由初始條件決定。即超導(dǎo)體內(nèi)，如果t=0時(shí)，有磁場(chǎng)B，則以后磁場(chǎng)B的大小和方向皆不改變；如果t=0時(shí)，超導(dǎo)體內(nèi)無磁場(chǎng)，則以后恒無磁場(chǎng)。根據(jù)以上的結(jié)論，我們可以設(shè)計(jì)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，如圖8-6所示，如果認(rèn)為超導(dǎo)志體是b—3的普通導(dǎo)體，則應(yīng)出現(xiàn)圖8-6（a）的結(jié)果，即超導(dǎo)體內(nèi)有無磁場(chǎng)，完全取決于初始條件，先冷卻，后加磁場(chǎng)則超導(dǎo)體內(nèi)無磁場(chǎng)；先加磁場(chǎng)，后冷卻則超導(dǎo)體內(nèi)有磁場(chǎng)。但實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明圖8-6（a）的情況并未出現(xiàn)。相反，實(shí)驗(yàn)結(jié)果是圖8-6（b）所示的情況。無論是先冷卻，后加磁場(chǎng)；還是先加磁場(chǎng)，后冷卻，超導(dǎo)體內(nèi)部最后均無磁場(chǎng)。超導(dǎo)體總是完全排斥磁場(chǎng)的，這是它不同于普通導(dǎo)體的本質(zhì)特性。磁懸浮現(xiàn)象就是超導(dǎo)體具有完全抗磁性的證明。b—3，導(dǎo)體內(nèi)磁場(chǎng)超導(dǎo)體抗磁性與過程有關(guān)與過程無關(guān)圖8-6(a)圖8-6(b)依據(jù)超導(dǎo)體的零電阻和邁斯納效應(yīng)，可以把超導(dǎo)體分成兩類，即第I類超導(dǎo)體和第II類超導(dǎo)體。零電阻和邁斯納效應(yīng)同時(shí)出現(xiàn)的超導(dǎo)體，只具

有一個(gè)臨界磁場(chǎng)，稱之為第I類超導(dǎo)體，見圖8-7（I）;具有兩個(gè)臨界磁場(chǎng)的超導(dǎo)體，其體內(nèi)能出現(xiàn)Hc1混合態(tài)納爾斯態(tài)0TcT圖8-7第有一個(gè)臨界磁場(chǎng)，稱之為第I類超導(dǎo)體，見圖8-7Hc1混合態(tài)納爾斯態(tài)0TcT圖8-7第I，II類超導(dǎo)體超導(dǎo)相圖8-8混合態(tài)3.二級(jí)相變效應(yīng)1932年，荷蘭學(xué)者Keesom和Kok發(fā)現(xiàn)，在超導(dǎo)轉(zhuǎn)變的臨界溫度TC處，比熱出現(xiàn)了突變。Keesom-Kok實(shí)驗(yàn)表明，在超導(dǎo)態(tài)，電子對(duì)比熱的貢獻(xiàn)約為正常態(tài)的3倍（見圖8-9）。在水變成冰的相變中，體積改變了，同時(shí)伴有相變潛熱，這類相變稱為一級(jí)相變。如果發(fā)生相變時(shí)，體積不變化，也無相變潛熱，而比熱、膨脹系數(shù)等物理量卻發(fā)生變化，則稱這種相變?yōu)槎?jí)相變。正常導(dǎo)體向超導(dǎo)體的轉(zhuǎn)超導(dǎo)相圖8-8混合態(tài)4.單電子隧道效應(yīng)1960年，美國技術(shù)員Giaever（吉埃瓦）從事元件A1-A12O3-A1的隧道效應(yīng)實(shí)驗(yàn)室研究，這是普通導(dǎo)體中的量子隧道效應(yīng)。Giaever在工余去一所工業(yè)專科學(xué)校聽物理課，從老師那里獲悉了超導(dǎo)能隙的概念，年輕的技術(shù)員立即覺察到用自己的實(shí)驗(yàn)方法能測(cè)量這個(gè)能隙的寬度^。他沒費(fèi)多少時(shí)間就證實(shí)了自己的想法，從而發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)的單電子隧道效應(yīng)。隧道效應(yīng)是微觀運(yùn)動(dòng)中所特有的，在宏圖8-10小球在引力場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)T/Tc圖8-9Keesom-Kok實(shí)驗(yàn)觀運(yùn)動(dòng)中沒有這一現(xiàn)象。例如，在地球引力場(chǎng)中，一個(gè)小球要越過一個(gè)高坡，必須使其動(dòng)能E0滿足=mv2/2導(dǎo)的單電子隧道效應(yīng)。隧道效應(yīng)是微觀運(yùn)動(dòng)中所特有的，在宏圖8-10小球在引力場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)T/Tc圖8-9Keesom-Kok實(shí)驗(yàn)觀運(yùn)動(dòng)中沒有這一現(xiàn)象。例如，在地球引力場(chǎng)中，一個(gè)小球要越過一個(gè)高坡，必須使其動(dòng)能E0滿足=mv2/2>mghE0如果E0<mgh，則小球是不可能越過這一高坡的（見圖墻，稱為勢(shì)壘。對(duì)于微觀粒子，情況就不一樣了。譬如，8-10），高坡就像一堵當(dāng)一個(gè)電子在勢(shì)壘下AlAl吸收光子一放出光子qIII圖8-11電子從勢(shì)壘中穿過圖8-12隧道效應(yīng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，電子可以借助真空，從真空吸收一個(gè)虛光子，使自己的能量增大而越A__滿帶空帶未加外電壓時(shí)無隧道效應(yīng)eV<A時(shí)無隧道效應(yīng)圖8-13圖8-14A__滿帶過勢(shì)壘，電子一旦越過勢(shì)壘，便將虛光子送還給真空。同時(shí)，電子的能量也返回到原來的值，圖8-11示意了這一過程。微觀粒子就是憑借高超驚人的魔術(shù)戲法穿過勢(shì)壘的，量子理論稱它為隧道效應(yīng)。在A1-A12-03-A1元件中，普通金屬A1之間的絕緣層A1203相當(dāng)于一個(gè)勢(shì)壘,一般不能導(dǎo)電，但量子隧道效應(yīng)可產(chǎn)生微小電流（見圖8-12）。如果換成超導(dǎo)-氧化物-超導(dǎo)元件，則由于超導(dǎo)的能帶存在能隙，能隙的下面是滿帶，上面是空帶，滿帶中的能級(jí)被電子全部填充，無空位能級(jí)，空帶中的能級(jí)一個(gè)電子也沒有，故未加外電壓時(shí)（見圖8-13）無隧道效應(yīng)。因?yàn)樽筮叺碾娮哟┻^勢(shì)壘后，在右邊沒有空位能級(jí)容納它。當(dāng)外加電壓使eV<A時(shí)，也無隧道效應(yīng)（見圖8-14），因?yàn)殡娮訌淖笾劣掖┻^勢(shì)壘,正好進(jìn)入滿帶或能隙。按照量子理論，能隙中的能態(tài)是不容許存在的?？墒?，一旦電子的能量升高到eV>A時(shí),左邊滿帶中的電子就可以穿過勢(shì)壘進(jìn)入右邊的空帶，于是有電流出現(xiàn)。顯然V0=A-e是開始出現(xiàn)電流的電壓值,V0可以從Giaever的實(shí)驗(yàn)中測(cè)出，所以能隙乙可以很快地算出來，為圖8-14和圖8-15表示的是電流出現(xiàn)前、后的電壓值與能隙寬度^的關(guān)系。以上公式中的e是電子的電量數(shù)值。

5?約瑟夫森效應(yīng)(雙電子隧道效應(yīng))1962年，英國劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)物理研究生，20歲的約瑟夫森(Josephson)提出，應(yīng)有電子對(duì)通過超導(dǎo)-絕緣層-超導(dǎo)隧道元件，即一對(duì)對(duì)電子成伴地從勢(shì)壘中貫穿過去。電子對(duì)穿過勢(shì)壘可彳＜A時(shí)產(chǎn)生隧道效應(yīng)圖8-15以在零電壓下進(jìn)行，所以約瑟夫森效應(yīng)與單電子彳＜A時(shí)產(chǎn)生隧道效應(yīng)圖8-15我們可以把基本粒子按其自旋的大小分為兩類：一類自旋為半整數(shù)，稱為費(fèi)密子，例如電子、質(zhì)子、中子、它們的自旋都是1/2,為半整數(shù)；另一類自旋為整數(shù)，稱為玻色子，例如，光子自旋為1，電子對(duì)的自旋為零，故它們都是玻色子。電子對(duì)成為玻色子后不再遵從泡利不相容原理，即同一能級(jí)上容納的玻色子數(shù)不受任何限制。所以在零壓下，電子對(duì)可以通過勢(shì)壘。圖8-16和圖8-17表示零電壓下電子與電子對(duì)的不同行為。兩個(gè)超導(dǎo)體中夾有一薄絕緣層的元件被稱為約瑟夫森結(jié)(Josephson)，利用約瑟夫森結(jié)可制成超導(dǎo)量子干涉儀(SQUID)，用它測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度能精確到10-7T，測(cè)電壓精確到10-6V。在超導(dǎo)的應(yīng)用部分，我們將向讀者較詳細(xì)地介紹SQUID的構(gòu)造、原理及應(yīng)用。單電子無法通過圖8-16

空帶三、高溫超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)空帶滿帶雙電子隧道效應(yīng)圖8-17上面討論了超導(dǎo)的特性，在超導(dǎo)的諸多特性中，人們最感興趣的是超導(dǎo)的臨界溫度。提高超導(dǎo)臨界轉(zhuǎn)變溫度Tc，是科學(xué)家們努力追求的主要目標(biāo)。這里有一張簡(jiǎn)表，記載著科學(xué)家們?yōu)榇藠^斗70年的漫長歷史（見表滿帶雙電子隧道效應(yīng)圖8-17從表中看到，自1911年出現(xiàn)第一個(gè)超導(dǎo)體水銀到1973年出現(xiàn)合金超導(dǎo)體鍺三鈮，前后的時(shí)間長達(dá)62年，但臨界溫度TC總共只提高了20K左表8-1物質(zhì)TC/K觀察時(shí)間Hg4.21911(荷蘭)Nb9.21930V3Si17.11954NbSn18.11954Nb3Al0,5Ge0.2520.51967Nb3Ga20.31971Nb3Ge23.21973SrTQ,3-50.551964TiO2.31964NbO1.251964MnWO36.71964Ag7O8X1.041966Li1+xTi2-XO413.71973BaPb1-xBixO3131975(TMTSF)2X11980大學(xué)物理閱讀材料第八篇超導(dǎo)之謎(BEDT-TTF)ReO421983(BEDT-TTF)I281985BaSrCuO301986（瑞士）361986（美國）40.21986(美國)SrLaCuO48.61987（中國）981987(美國)YbaCuO100以上1987（中國）1101987（中國）BaYSrO1131987（日本）YbaSrCuO3381987（日本）YbaSeSrCuO3081987（蘇聯(lián)）YbaCuO2801987（蘇聯(lián)）右，平均每年增長1/3（K）；1964年開始在金屬氧化物中尋找超導(dǎo)材料，到1975年，臨界溫度只達(dá)到13K，遠(yuǎn)不及鍺三鈮。后來美國Bell貝爾實(shí)驗(yàn)室一個(gè)叫William.L.Mcmilam（威廉.L.麥克米蘭）的人提出：金屬超導(dǎo)臨界溫度上限值為30（K），這一斷言使一部分科學(xué)家對(duì)金屬材料失去信心。1980年以后有人開始轉(zhuǎn)向在有機(jī)材料中發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)體，美國的霍普金斯（Hopkins）研究小組首先合成了一種有機(jī)材料（TMTSF）2X，它在TC=1時(shí)成為超導(dǎo)體。其中TMTSF的分子式為X則可以是ReO4，C1O4，PF4，TaF6,AsF6等。此后，短短5年中，有機(jī)超導(dǎo)材料臨界溫度提高到8CH3SeSeCH3（K）。盡管有機(jī)超導(dǎo)體的臨界溫度CH3SeSeCH3價(jià)格便宜，重量輕，故仍然具有不可抗拒的誘惑力。明知山有虎，偏向虎山行。在攀登科學(xué)技術(shù)高峰的道路上，總有一些不畏艱險(xiǎn)，勇闖禁區(qū)的開拓者。1986年4月，正當(dāng)提高金屬、合金有機(jī)材料的臨界溫度都遇到困難的時(shí)候，瑞士學(xué)者繆勒和西德學(xué)者柏努茲發(fā)現(xiàn)多相氧化物或稱為陶瓷材料超導(dǎo)，激起人們對(duì)新陶瓷材料的高度熱情，在不到一年時(shí)間內(nèi)，中國、日本，美國等競(jìng)相努力，使陶瓷超導(dǎo)體的臨界溫度提高到300K以上。1987年初，中國的趙忠賢獲得SrLaCuO的超導(dǎo)臨界溫度為48.6K，短短數(shù)月內(nèi)就又提高至近300K，平均每月增長50K！出現(xiàn)了超導(dǎo)史上空前振奮人心的局面。1987年9月在日本召開的第18屆國際低溫物理會(huì)議披露：日本的高溫超導(dǎo)體YBaSrCuO（釔鋇鍶銅氧）的TC為338K；蘇聯(lián)的高溫超導(dǎo)體YBaScSrCuO（釔鋇鍶鈧銅氧）的TC為308K；美國的高溫超導(dǎo)體YbBaCuO（釔鋇銅氧）的TC為280K。不過，目前這些高溫超導(dǎo)材料的穩(wěn)定性及可重復(fù)性尚不理想。與此同時(shí)，超導(dǎo)體材料的制造、應(yīng)用及超導(dǎo)元件的開發(fā)也應(yīng)運(yùn)而生?？茖W(xué)家們預(yù)言：10年或者稍長一點(diǎn)的時(shí)間之內(nèi)，超導(dǎo)的應(yīng)用將成為現(xiàn)實(shí)，人類正滿懷喜悅地跨入偉大的超導(dǎo)時(shí)代！§8.2超導(dǎo)的微觀機(jī)制一、金屬超導(dǎo)的BCS理論從超導(dǎo)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)到第一個(gè)超導(dǎo)微觀理論的建立，大約經(jīng)過了半個(gè)世紀(jì)。VWr—K廠x圖8-18正離子周圍電勢(shì)分布圖8-19電子的勢(shì)能曲線

1957年，美國Illinois（依利諾斯）大學(xué)的J.Bardeen（巴?。?，L.N.Cooper（庫珀）和J.R.Schrieffer（施里弗）提出了第一個(gè)超導(dǎo)微觀理論，簡(jiǎn)稱BCS理論。1972年，他們3人榮獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。首先介紹一點(diǎn)能譜知識(shí)。從電學(xué)中，大家知道，愈靠近正電荷的地方，電勢(shì)愈高。一個(gè)帶正電的離子周圍的電勢(shì)分布，可由圖8-18中的電勢(shì)曲線表示。電子帶負(fù)電，它在正電荷附近具有負(fù)的電勢(shì)能，圖8-19表示的是電子的勢(shì)能曲線，這是一條向下凹的曲線。在金屬中，正離子以一定的周期規(guī)則排列，金屬界面遠(yuǎn)離帶電粒子，由于整個(gè)金屬是中性的，故可以認(rèn)為界面凈電場(chǎng)為零。因此，電子在金屬界面的電勢(shì)能可取為0。為簡(jiǎn)單起見，把電子在金屬中的勢(shì)能曲線以一維形式表示出來，如圖8-20所示。若將曲線底部的波浪簡(jiǎn)化為直線，則得到一方勢(shì)阱。金屬中的電子在晶格中運(yùn)動(dòng)的最簡(jiǎn)單模型，就是電子在一個(gè)方勢(shì)阱中的運(yùn)動(dòng)（見圖8-21）。按照量子理論，N個(gè)電子在勢(shì)阱中分別處在什么樣的能量狀態(tài)呢，結(jié)論是：圖8-20晶格中電子的勢(shì)能曲線圖8-20晶格中電子的勢(shì)能曲線圖8-21方勢(shì)阱電子只能處在阱中一些分立的能級(jí)上。由于電子是費(fèi)密子，所以它遵守泡利不相容原理。即同一能級(jí)上，至多只能容納兩個(gè)自旋相反的電子。

依據(jù)這兩個(gè)結(jié)論。N個(gè)電子在金屬方勢(shì)中，金屬中電子能帶的分布圖8-22從低能級(jí)向高能級(jí)依次填充，最后第N個(gè)電子占據(jù)第N/2［或(N+1)/2］個(gè)能級(jí)，我們把這個(gè)能級(jí)叫做費(fèi)密能級(jí)￡F。費(fèi)密能級(jí)以下，全部能級(jí)都為電子填滿，稱為滿帶；費(fèi)密能級(jí)以上全部能級(jí)都空著，沒有電子，稱為空帶。整個(gè)金屬的能帶實(shí)際上是半滿半空的，稱為導(dǎo)帶，圖8-22表示金屬中電子能帶的分布情況。有外加電壓時(shí)，電子在電場(chǎng)力作用下被加速，獲得能量約為eV的數(shù)量級(jí)，eV又稱為電子伏特(leV^1.6X10-19J)。費(fèi)密能級(jí)以下，距￡F較遠(yuǎn)的電子無法接受外電場(chǎng)給它的能量，因?yàn)槠渖厦娴哪芗?jí)已被其它電子填滿，沒有空位供它占有。只有費(fèi)密能級(jí)附近的電子可接受外電場(chǎng)的能量，產(chǎn)生定向漂移，形成電流。同時(shí)晶格熱振動(dòng)的能量也足以使作定向金屬中電子能帶的分布圖8-22圖8-23玻色-愛因斯坦凝聚但是，如果存在某種機(jī)制，使得費(fèi)密能級(jí)附近的電子形成為電子對(duì)，即使兩個(gè)自旋相反、動(dòng)量相反的電子結(jié)為一個(gè)整體，則情況就會(huì)大不一樣。電子對(duì)是玻色子，它可以不遵守泡利不相容原理，同一能級(jí)上可容納的電子對(duì)數(shù)目不受任何限制。于是，大量的電子對(duì)將在費(fèi)密能級(jí)附近占有同一基態(tài)能級(jí)，形成一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，這稱為玻色子凝聚。似乎玻色子之間有一種吸引力，使玻色子們相互吸引，凝聚在一起。物理上又稱為玻色-圖8-23玻色-愛因斯坦凝聚量子統(tǒng)計(jì)理論指出：費(fèi)密子都服從Fermi-Dirac(費(fèi)密-狄拉克)分布。設(shè)￡_1nFe(8-8f)/kT+1F為電子的費(fèi)密能量，nF為處在￡能量狀態(tài)的電子數(shù)，則有其中，T是溫度，k是玻耳茲曼常數(shù)，k=1.3X10-23jK-i,不難證明(8<七,TT0)=<0,(8>8F,T—0):^壬,T-0)如果電子自旋的兩個(gè)方向都包括進(jìn)去，則當(dāng)T一0時(shí)'2,(8<8)0,(8>8)1,(8-/)F能級(jí)分布圖（圖8-22）就是根據(jù)這些數(shù)字畫的。像光子、電子對(duì)這樣的玻色子都服從Bose-Einstein（玻色-愛因斯坦）統(tǒng)計(jì)n-be(8-8f對(duì)一1n（8-0）—be-￡/kT一1F這里，￡f=M是負(fù)數(shù)，因?yàn)楫?dāng)T一0時(shí)，對(duì)于￡=0的粒子數(shù)要求￡若￡F>0，會(huì)出現(xiàn)nB為負(fù)數(shù)的荒謬結(jié)果。為了保證nB恒為非負(fù)的數(shù)須為負(fù)數(shù)。現(xiàn)在，已有￡f<0，則對(duì)于￡=0的基態(tài)，只要|￡f|要求￡上式表明￡=0的基態(tài)將被宏觀數(shù)目的玻色子占有，這就是前面講的玻n(8—0)—>8e|8F"kT—1色-愛因斯坦凝聚。經(jīng)過上面一些準(zhǔn)備，我們可以來討論BCS理論了。電子是帶負(fù)電的，電子與電子之間存在著電斥力，它們?nèi)绾渭s束在一起，形成電子對(duì)呢？BCS理論認(rèn)

為，自由電子穿過金屬格點(diǎn)時(shí)，電子與正離子間的靜電引力將使格點(diǎn)產(chǎn)生畸變。帶負(fù)電的電子路徑吸引著周圍的正離子；同時(shí)，離子間的斥力又產(chǎn)生恢復(fù)力。格點(diǎn)畸變產(chǎn)生凈正電荷區(qū)格點(diǎn)畸變產(chǎn)生凈負(fù)電荷區(qū)圖8-24圖8-25于是，格點(diǎn)上的離子在平衡位置附近作振動(dòng)，由于離子比電子重許多，故格點(diǎn)振動(dòng)比電子運(yùn)動(dòng)慢。因此，電子穿過格點(diǎn)后，相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)，正離子仍緊靠在一起，形成一個(gè)凈正電荷區(qū)，這個(gè)凈正電荷區(qū)能吸引另一個(gè)電子，于是，以格點(diǎn)振動(dòng)為媒介束縛著一對(duì)電子，這對(duì)電子被稱為Cooper對(duì)（庫珀對(duì)），見圖8-24。反之，當(dāng)正離子相互離開時(shí)，會(huì)形成一個(gè)凈負(fù)電荷格點(diǎn)畸變產(chǎn)生凈正電荷區(qū)格點(diǎn)畸變產(chǎn)生凈負(fù)電荷區(qū)圖8-24圖8-25如圖8-25所示那樣。最后，Cooper對(duì)電子好像被一根弦連在一起，來回振動(dòng)，弦的大小約為1.8X10-7m。組成庫珀對(duì)的兩個(gè)電子，動(dòng)量和自旋方向正好相反，超導(dǎo)體中的導(dǎo)電性是由庫珀對(duì)的質(zhì)心定向運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，圖8-26表示的是自旋相反，動(dòng)量相反的一對(duì)電子，C是電子對(duì)的質(zhì)心。庫珀對(duì)是一個(gè)玻色子，它的自旋為0。在低溫下，電子對(duì)還能產(chǎn)生B-E凝聚。金屬中參與導(dǎo)電的單個(gè)電子全部配成庫珀對(duì)后，將使金屬由正常態(tài)向超導(dǎo)態(tài)轉(zhuǎn)變，這是一個(gè)二級(jí)相變。結(jié)合成庫珀對(duì)的電子是處在費(fèi)密能級(jí)附近的電子，如果用一個(gè)動(dòng)量空間來描述這些電子對(duì)，則它們將在一個(gè)費(fèi)密動(dòng)量球面上（見圖8-27）。

BCS理論成功地解釋了電子成對(duì)的機(jī)kzx動(dòng)量空間費(fèi)密面上的庫柏對(duì)圖8-27制及相變過程，由此還知道了金屬超導(dǎo)體的能譜在費(fèi)密能級(jí)處會(huì)出現(xiàn)一個(gè)能隙△。能隙是相鄰兩個(gè)能級(jí)間的能量間隔，處在能隙中的能態(tài)，在量子理論中是不容許存在的。一般情況下，品格熱振動(dòng)能kT<<A，由于出現(xiàn)了能隙，品格的熱能不可能使處于超導(dǎo)相的庫珀對(duì)產(chǎn)生散射，故庫珀對(duì)電子必須一次接受相當(dāng)于△這么大的能量，才能躍遷到能隙上面的能級(jí)中去，否則它拒絕接受。概括以上討論，可得到kzx動(dòng)量空間費(fèi)密面上的庫柏對(duì)圖8-27在一定溫度下，金屬中參與導(dǎo)電的電子結(jié)成庫珀對(duì)，這是一個(gè)相變過程；庫珀對(duì)電子凝聚在費(fèi)密面附近；乂水泄八不通大量交換I顧客圖8-28車圍受阻零售車批發(fā)車-無交換暢通乂水泄八不通大量交換I顧客圖8-28車圍受阻零售車批發(fā)車-無交換暢通*無阻圖8-29無人問津的車暢通無阻BCS理論依據(jù)以上3點(diǎn)，便能圓滿解釋超導(dǎo)體的零電阻效應(yīng)。為了使讀者對(duì)超導(dǎo)的零電阻機(jī)制有直觀的理解，我們不妨先打個(gè)比喻。圖8-28表示的是：有一零售車，車上銷售的商品價(jià)廉物美，一元錢一件。當(dāng)這輛車穿過一條貿(mào)易街市時(shí)，顧客們紛紛圍上，于是在銷售車與顧客之間進(jìn)行著頻繁的物幣交換，車被圍得水泄不通，這時(shí)，我們說車遇到了很大的阻力，難以前進(jìn)。如果換一輛批發(fā)車來銷售，一千件物品包裝在一起，一整包至少要一千元才能成交。這時(shí)，在批發(fā)車與單體消費(fèi)者之間無交換發(fā)生，

零電阻批發(fā)車的商品無人問津，此車將暢通無阻地穿過這條街（見圖8-29）。零電阻有電阻有kT能量交換無能量交換晶格晶格圖8-30單個(gè)電子與電子對(duì)集團(tuán)經(jīng)過晶格運(yùn)動(dòng)情況以上這個(gè)生活中的現(xiàn)象與超導(dǎo)體中的零電阻現(xiàn)象可以說十分相似?，F(xiàn)在我們來看圖8-30，在普通導(dǎo)體中，單個(gè)電子在晶格中穿過時(shí)，作熱振動(dòng)的晶格將以能量kT與單個(gè)電子進(jìn)行碰撞，實(shí)現(xiàn)能量的交換。電子很容易接受這一熱振動(dòng)能，因?yàn)樗牧考?jí)與eV相當(dāng)，這正和零售車的情況相同：在單個(gè)電子與晶格之間進(jìn)行著大量的能量交換，因此電子定向運(yùn)動(dòng)受到阻礙。然而，如果我們也能象批發(fā)車那樣，把眾多單個(gè)電子集中打成一大包，那么要改變大包電子的能量，就不容易甚至完全不可能了。BCS理論就是首先讓電子配成庫珀對(duì)，然后借助玻色-愛因斯坦凝聚將電子對(duì)打成一大包，當(dāng)成批的電子對(duì)集體在晶格中作定向運(yùn)動(dòng)時(shí)，晶格熱振動(dòng)能量kT就顯得太小，故無法再同電子對(duì)們交換能量。從能隙觀點(diǎn)來看，由于kT<<A，所以電子對(duì)吸收kT的能量是不可能躍遷到空帶上去的，因此它干脆拒絕接受這一能量，正如賣批發(fā)的拒絕零售一樣。于是，成包的電子對(duì)在通過晶格時(shí)，不會(huì)遇到任何阻力，它的電阻實(shí)際上等于0。BCS理論還能成功地解釋超導(dǎo)的單電子隧道效應(yīng)和約瑟夫森效應(yīng)，后面討論超導(dǎo)量子干涉儀SQUID時(shí)，再作詳細(xì)分析。二、有機(jī)超導(dǎo)的Little機(jī)制1964年，美國斯坦福（Stanford）大學(xué)的W.A.Little（萊特爾）提出：在有機(jī)超導(dǎo)紡日中，另有一種形成庫珀對(duì)的機(jī)制一側(cè)鏈極化TTTT的機(jī)制。圖8-31的中間是一條由碳原子構(gòu)TT[[1成的長鏈，稱為碳脊，碳原子c是4價(jià)的。@QT□七食C原子在碳脊鏈上用去了3價(jià)，剩下的1價(jià)與H原子結(jié)合，于是在碳脊兩側(cè)，形成了由氫原子排列成的側(cè)鏈。圖中，矩形方框一圖8-31Little機(jī)制示意圖表示H原子，其中打細(xì)點(diǎn)的部分，是H原子的電子云分布。當(dāng)一電子沿碳脊運(yùn)動(dòng)時(shí)，側(cè)鏈H原子被極化，電子云被排斥到距碳脊較遠(yuǎn)處，所以在碳脊中心附近區(qū)域形成一個(gè)凈正電荷區(qū)。這個(gè)凈正電荷區(qū)可以吸引另一個(gè)電子，構(gòu)成庫珀對(duì)。Little指出，由于側(cè)鏈電子云比格點(diǎn)靈活得多，且電子質(zhì)量遠(yuǎn)小于晶格中離子的質(zhì)量，因而，從原則上講，可以使臨界溫度提高到室溫以上，盡管Little的思想至今仍有爭(zhēng)論，但它使人們對(duì)于研究有機(jī)超導(dǎo)材料產(chǎn)生了濃厚的興趣。順便指出的是，1944年，美國生物學(xué)家厄蘭格和加塞把細(xì)胞的電極放置在神經(jīng)纖維的不同點(diǎn)上，測(cè)得神經(jīng)沖動(dòng)的強(qiáng)度、時(shí)間和傳播速度;80年代初，生化學(xué)家詹姆斯?麥克阿瑟利用重組DNA技術(shù)制成了分子生物芯片，從而很多人證實(shí)了在室溫下生物具有超導(dǎo)現(xiàn)象。三、高溫超導(dǎo)理論研究現(xiàn)狀高溫超導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)研究成果日新月異，但是，關(guān)于高溫超導(dǎo)的理論卻進(jìn)展緩慢。這是因?yàn)楦邷爻瑢?dǎo)材料的成分是多元的，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。其中既有金屬鍵，又有共圖YBsCuO^體價(jià)鍵和離子鍵，這說明超導(dǎo)材料是由多種形式的混合鍵結(jié)合成的晶體。美國Bell實(shí)驗(yàn)室用高倍電子顯微鏡拍下了YBaCuO超導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)，見圖8-33圖YBsCuO^體至今，高Tc超導(dǎo)材料主要有以下4種：La-Sr-Cu-OTc^35K；Bi-Br-Ca-OTc^80K；Y-Ba-Cu-OTc^90K；Ti-Ba-Ca-Cu-OTc^120Ko實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)高T超導(dǎo)體的主要性質(zhì)有:c晶體結(jié)構(gòu)有強(qiáng)低維特點(diǎn)，3個(gè)晶格常數(shù)相差3?4倍；輸運(yùn)系數(shù)具有很大的各向異性；磁場(chǎng)穿透深度較大；相干長度較短或者庫珀對(duì)的空間局域性較強(qiáng)；載流子濃度較低，且為空穴型導(dǎo)電；隧道實(shí)驗(yàn)表明電子對(duì)存在；邁斯納效應(yīng)不完全；同位素效應(yīng)弱甚至無。如何從理論上解釋這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果，顯然不是一件容易的事。但是，科學(xué)家們?nèi)宰髁嗽S多探討和設(shè)想，提出了種種理論，其中有6種較為典型，具有代表性：1.BCS理論它的困難在于無法解釋弱同位素效應(yīng)及空穴型導(dǎo)電；2.共振價(jià)鍵理論（RVB）它是由Anderson2.共振價(jià)鍵理論（RVB）3?雙極化子機(jī)制這種機(jī)制認(rèn)為正負(fù)離子交替排列的復(fù)式晶格中有極化電場(chǎng)存在，因而產(chǎn)生了電聲作用，即電子在晶體中運(yùn)動(dòng)，使晶體產(chǎn)生畸變并攜帶畸變一起運(yùn)動(dòng)，我們把它看成是一個(gè)等效粒子，稱為極化子或穿外衣的電子。兩個(gè)極化子靠近時(shí)，畸變合一，形成雙極子。雙極化子流動(dòng)產(chǎn)生超導(dǎo)態(tài)。激子機(jī)制這是一種低維的理論，它將超導(dǎo)體視為是一種金屬-半導(dǎo)體-金屬式的三明治。金屬層中的電子波通過隧道穿入半導(dǎo)體層時(shí)，在半導(dǎo)體中形成空穴，于是產(chǎn)生了電子-空穴束縛對(duì)，稱為激子。同時(shí)，兩電子由空穴聯(lián)系在一起，形成Cooper對(duì)。類似地，在半導(dǎo)體-金屬-半導(dǎo)體型的結(jié)構(gòu)中將形成空穴對(duì)。等離子體機(jī)制如果將固體看成是正離子背景下的電子氣，則當(dāng)電子密度有起伏時(shí)，可形成一種電荷密度波（C.D.W），這種元激發(fā)稱為Plasmon（等離激元）。兩個(gè)電子可以借助Plasmon產(chǎn)生引力，形成電子對(duì)。這是一種嚴(yán)格的二維理論，否則不易實(shí)現(xiàn)Plasmon交換。雜質(zhì)躍遷摻雜使半導(dǎo)體禁帶中出現(xiàn)雜質(zhì)能級(jí)，雜質(zhì)能級(jí)與價(jià)帶或?qū)еg的躍遷，正好能發(fā)射能量相當(dāng)于0.leV的Plasmon，這些Plaamon可以在電子之間實(shí)現(xiàn)交換。但盡管如此，也還是沒有一種理論能得到大家的一致公認(rèn)。誰能最后揭開高TC超導(dǎo)之謎，誰就將是科學(xué)王國中的佼佼者?！?.2超導(dǎo)的意義及應(yīng)用一、材料是生產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)材料在生產(chǎn)中占有重要地位，特別是新材料和具有優(yōu)異性能的材料。歷史上，三次大的工業(yè)革命，無不以新材料作為其基本條件和先導(dǎo)。原子能、核能應(yīng)用，火箭、衛(wèi)星及太空技術(shù)的應(yīng)用，都需要以材料科學(xué)的發(fā)展作為前提。每當(dāng)人類掌握或使用一種新的材料時(shí)，工業(yè)、科技和生活就會(huì)發(fā)生深刻的變化。人類最初使用的材料是天然石頭或經(jīng)過簡(jiǎn)單加工的石器，歷史上稱之為石器時(shí)代。人類從使用工具起便進(jìn)入了文明時(shí)期，因?yàn)閺氖^到石器，隨之就是工藝、文字。石器有一定的加工外形，這就是最早的藝術(shù)，鋒利的石器可以在樹皮上刻寫符號(hào)，這就產(chǎn)生了文字。石器時(shí)代之后，接著是青銅和鐵器時(shí)期，它標(biāo)志著人類已學(xué)會(huì)掌握并使用金屬材料，這是一個(gè)影響深遠(yuǎn)且統(tǒng)治人類社會(huì)的時(shí)間最長的時(shí)期。從奴隸社會(huì)、封建社會(huì)直到資本主義社會(huì)，它都在發(fā)揮著重要作用，甚至今天，也不可能完全離開金屬材料。鐵器時(shí)代的到來，為以后的工業(yè)革命打下了堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)，并創(chuàng)造了數(shù)千年的繁榮與文明。很難設(shè)想，如果沒有金屬材料，機(jī)器化和電氣化革命會(huì)是一個(gè)什么樣子！真空管電子技術(shù)早已為人類掌握，但是把電子時(shí)代推向高峰的，卻是半導(dǎo)體材料與器件的問世。從60年代造出第一個(gè)晶體管以后，電子時(shí)代才跨入它最光輝奪目的時(shí)期。上面這些歷史事實(shí)，充分證明了材料及其應(yīng)用技術(shù)在生產(chǎn)發(fā)展中的重要地位。今天，隨著陶瓷高溫超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)及其材料器件的試制，可以想象，一旦這一新材料、新技術(shù)被廣泛應(yīng)用到各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域和科學(xué)技術(shù)研究中去，那么無疑將會(huì)把各種工業(yè)，包括機(jī)械、電子、電力、交通、能源和醫(yī)療、軍事等方面的生產(chǎn)推進(jìn)到一個(gè)嶄新的水平，整個(gè)世界和人類的將會(huì)發(fā)生一次重大的改變，伴隨而來的一定是一系列的工業(yè)大革命。這正是今天的科學(xué)家們?yōu)樘沾筛邷爻瑢?dǎo)體的發(fā)現(xiàn)而感到驚喜的真正原因。二、超導(dǎo)技術(shù)的主要應(yīng)用自36年前，世界上第一個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度超過6T的超導(dǎo)體問世以來，人們對(duì)超導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展日趨關(guān)注。1986年，在美國巴爾的摩召開的超導(dǎo)應(yīng)用會(huì)議，肯定了進(jìn)行超導(dǎo)國際協(xié)作的重要性。已有數(shù)百個(gè)實(shí)驗(yàn)室在對(duì)超導(dǎo)技術(shù)進(jìn)行深入研究，有許多方面已進(jìn)入實(shí)用技術(shù)階段。超導(dǎo)技術(shù)用于電力輸送，可以節(jié)省大量能源；用于醫(yī)療上的核磁共振成像系統(tǒng)，可以在不接觸人體的條件下，檢查人體的種種疾??；用于分離技術(shù)，可以將小到病毒大到礦石的顆粒分離出來；用于電子計(jì)算機(jī)，可以大幅度地縮小

體積，提高計(jì)算速度，降低成本；用于交通，可以制成磁懸浮車；用于測(cè)量，可以制成超導(dǎo)核磁共振斷層攝像儀（MRI）和超導(dǎo)量子干涉儀。此外，在一些科學(xué)研究裝置中，從小型磁體到同步加速器等大規(guī)模系統(tǒng)的磁體，都可用超導(dǎo)磁體，都可用超導(dǎo)磁體取而代之。這樣，既可以提高設(shè)備的效率，又可以節(jié)省能源，減少體積。1984年，美國費(fèi)密國立加速器研究所制成了命名為“雙質(zhì)子”的超導(dǎo)質(zhì)子同步加速器，以內(nèi)徑80cm，長6m的馬鞍形磁體為主體的約1200個(gè)超導(dǎo)磁體被安置在7km長的圓周上，它能對(duì)質(zhì)子進(jìn)行加速，使之具有800GeV的高能。下面我們將結(jié)合超導(dǎo)的特性分別介紹一些超導(dǎo)技術(shù)的主要應(yīng)用。1、零電阻的應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)及科學(xué)技術(shù)研究中，往往需要大電流和強(qiáng)磁場(chǎng)。僅僅依靠普通的導(dǎo)體及磁體是無法做到這一點(diǎn)的，其主要原因是所有導(dǎo)體都具有電阻，并且電阻隨溫度升高而增大。例如，一個(gè)5X103kw功率的環(huán)形電流只能產(chǎn)生強(qiáng)度為地磁場(chǎng)100倍的磁場(chǎng)，況且，線圈中的電阻要產(chǎn)生大量的熱量，這個(gè)裝置每分鐘需要用3064噸水來冷卻，方能避免受熱而引起的爆炸。普通電磁鐵一般至多能產(chǎn)生3T的磁感應(yīng)強(qiáng)度，要超過這一數(shù)值是相當(dāng)困難的。零電阻效應(yīng)能使我們獲得大電流和強(qiáng)磁場(chǎng)。瑞士的一個(gè)等離子體研究所的陀螺儀中有一繞組采用超導(dǎo)線圈，它能產(chǎn)生8T的磁感應(yīng)強(qiáng)度。此外，在許多裝置或儀器中，都有超導(dǎo)線圈與超導(dǎo)磁體的應(yīng)用，如：?jiǎn)螛O發(fā)電機(jī)，磁場(chǎng)閉合型核聚變爐，電力貯存裝置電感脈沖電源，船用電力推進(jìn)器和電磁推進(jìn)器，磁分超導(dǎo)磁體離器，介子癌照射裝置，核磁共振斷層攝影裝置，高分辨電子顯微鏡，NMR分析器，高能電子檢測(cè)器，磁石電子存儲(chǔ)環(huán)，SOR，磁攪拌器，磁流體發(fā)電，強(qiáng)磁場(chǎng)化學(xué)反應(yīng)裝置……等等。超導(dǎo)磁體與我們關(guān)系最密切的水對(duì)航彳亍、發(fā)電和日常生活有著極為重要的作用，但污染后的水是極有彳亍、發(fā)電和日常生活有著極為重要的作用，但污染后的水是極有圖8-34超導(dǎo)磁分離器裝置大學(xué)物理閱讀材料第八篇超導(dǎo)之謎害的。由于水中有污染物太微小，所以常規(guī)的過濾方法無法分離它們，而超導(dǎo)磁分離卻能分離這些水中污染物。任何物質(zhì)都會(huì)受到強(qiáng)磁場(chǎng)的吸引，不同的物質(zhì)所受的力的大小不同，根據(jù)這一簡(jiǎn)單原理，麻省理工學(xué)院的亨利?費(fèi)爾博士設(shè)計(jì)了一個(gè)能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的裝置，用它來分離混在水中的細(xì)菌、化合物、塵埃等極微小的物質(zhì)。超導(dǎo)體產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)分離器像篩子一樣，能將水中所有的雜質(zhì)吸引且分離出去，其速度遠(yuǎn)比普通過濾裝置快幾百倍。超導(dǎo)磁分離技術(shù)還可以用于燃料加工及燃料使用前的雜質(zhì)清除。圖8-34表示的是美國麻省理工學(xué)院的超導(dǎo)磁分離裝置。零電阻效應(yīng)還有兩個(gè)直接應(yīng)用