PDF《新型超导体二硼化镁（基础研究及其应用展望 ！》

! "# 卷(#$$" 年) % 期 前沿进展 新型超导体二硼化镁 (!"#$ ) 基础研究及其应用展望! 闻! 海! 虎& (中国科学院物理研究所超导国家重点实验室! 北京! 摘! 要! ! 文章简要介绍了新型超导体二硼化镁的发现、 研究进展和应用前景) 理论和实验都已经证明, 二硼化镁 的超导电性来源于电声子耦合, 可以用具有 * + 波对称性波函数的 ,-* 图像来描述) 然而在二硼化镁超导体中, 人 们发现有两个超导能隙, 一个在 .

/01,另外一个在 # /01 左右,它们同时在超导转变温度处打开, 这给超导机理 研究带来了一些新的内容) 在混合态物理方面, 人们发现超导与正常态的边界线 (上临界磁场 !2# ) 与磁通融化线 (不可逆线 !344 ) 之间有很大的间隙, 即使在绝对零度时也是如此, 作者提出这可能是由于双能隙的结果或磁通物质 的量子融化) 在应用方面, 最有可能把它做成超导磁体, 利用闭路循环制冷机制冷在 #$

5 左右使用, 这样极有可能 取代现在医学上使用的核磁共振成像的液氦温度超导磁体) 关键词! ! 二硼化镁, 双能隙, 应用 0+.1/- !"#$ 2(0 31* 2,,

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9 J:=,:==E32:?3>F !! 国家自然科学基金 (批准号: '$#QP$RQ) 资助项目 收到 &! 7;

/:3E: @@H0FS :=@D) 3=@D) :2) 2F ! ! 超导体, 顾名思义就是通电流后没有能量耗散 的导体) 它是由于大量配对电子凝结到一个 "步调 一致" 的相干态后, 其运动不受晶格散射的结果) 'R'' 年, 荷兰的科学家 NFF0B 发现水银的超导现象 后, 人们一直期望能找到室温超导体, 这是人们长期 以来的梦想) 人们在随后七十余年的岁月中, 只将转 变温度提高到 #"

5 (约零下 #%$T) ) 'R(. 年底, 瑞 士的 ,0AF>4U 和IVEE04 首先在原来不曾想到的氧化 物中找到了转变温度为 "$

5 以上的超导体, 在世界 上掀起了一场对高温超导电性的追逐) 不久, 中国科 学家就独立地发现了液氮温度 (QQ) " 5) 以上的超 导体) 目前氧化物超导体的转变温度已经高达 '"$ 多5(高压下可达 '.$ 5) , 在某些方面的应用已经 崭露头角) 另外氧化物超导体的超导机制也是摆在 凝聚态物理学家面前的最富有意义和挑战性的课题 之一) 这是由于此类材料中电子之间的相互作用很 强, 其运动行为似乎不能用业已成熟的固体物理的 知识来理解) 对高温超导机理的理解可能会导致人 们对很多被称为电子强关联的一大类材料物理本质 ・ : $ ;

・ 物理 的理解, 同时在科学和技术两个方面产生飞跃! 由于其自身的特点, 氧化物超导体在很多方面 的应用受到限制! 这些特点包括非常小的相干长度 导致小的凝聚能和磁通钉扎能, 层状结构导致磁通 系统容易变成二维而产生运动, 陶瓷特性使得材料 容易脆裂, 原材料价格比较昂贵使得应用得成本很 高等等! 因此人们需要寻求新的超导体! "##$ 年%月初, 日本科学家报道了二元材料二硼化镁 (&'(" ) 在%) * 左右表现出超导特性 [$] ! 这个发现迅速激起 了全世界范围内的研究热潮! 由于在对氧化物高温 超导体长达十余年的研究中, 人们积累了丰富的经 验和建立了先进的手段, 所以对二硼化镁超导体性 质的研究进展得非常迅速! 中国科学家也以极快的 速度开展了研究, 获得了一些重要结果! 由于这个新 发现在 "##$ 年%月初才报道出来, 因此在同年 % 月 底举办的美国物理年会上 (美国西雅图) , 只能以特 别专场的形式报告这个重要发现以及因此引发的工 作! 来自世界各地的 +# 多个报告一直从晚上 , 点持 续到凌晨 $ 点多! 来自中国科学院的科学家应邀在 这个特别专场上作了两个报告! 关于二硼化镁超导体机理的研究经历了一波三 折的过程! 由于二硼化镁的超导转变温度接近传统电 声耦合的上限, 因此一开始很多人相信的超导电性可 能不是来自传统的电声耦合, 而是由其他原因所致! 后来, 二硼化镁中硼原子的同位素效应实验演示出超 导转变温度对原子质量具有明显的依赖关系 ["] , 因此 人们逐渐相信电声耦合作用对超导的形成是十分重 要的! 进一步又发现, 对此系统的任何形式的掺杂只 会使超导温度下降, 因此人们越来越相信二硼化镁超 导体可能只是一个众多二元合金超导体中的 "漏网之 鱼" , 并且人们将其超导完全归结于传统超导体的 (-. 机理! 然而, 人类的想象与自然界的客观事实总 是有些差距, 这也是促使科学家不断更新和提高自己 认知的动力! 后来的理论计算表明, 在二硼化镁中有 不只一个能带跨越费米面 [%] , 电声耦合所造成的费米 面失稳完全可能在两个能带的费米面处产生能隙! 这 一点又与传统的所有的超导体完全不同! 有关两个能 隙的图像后来被比热、 核磁共振、 电子隧道谱和角分 辨光电子谱的实验广泛证实! 有关两个能隙是如何形 成的以及它如何影响超导特性是目前有关二硼化镁 超导体研究的热点! 二硼化镁超导体在应用上的契机远比对其物理 的理解更让人激动! 在发现后不久, 人们就测量了很 多有关其电、 磁、 热方面的宏观特性 [/] , 这方面包括 中国科学家所做出的大量出色的工作 [0―1] ! 首先, 人 们发现, 这个超导体在 "# * 左右的温度和 , 万倍于 地球磁场的情况下, 可以承载很大的超导电流, 而且 能耗极低! 由于 "# * 的温度可以方便地使用小型制 冷机获得, 因此这使得人们想到在将来的医院里使 用的核磁成像仪器的超导磁体再也不要昂贵的液氦 来运行, 而只需要插上电源就行了! 另外, 二硼化镁 材料的价格很低, 而且远比陶瓷特性的氧化物高温 超导体容易加工成形, 因此在发现后不久, 美国