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首都科学讲堂497期 —《超导不烧脑,成果遍地跑》

作者:来源:发布于:2017/07/19

  

   本期首都科学讲堂邀请到了国家最高科技奖获得者、中国科学院院士——赵忠贤先生,他给大家带来《超导不烧脑,成果遍地跑》的讲座。现场观众热情高涨,专家娓娓道来。为我们讲解了什么是超导,超导发现的科学意义、高温超导目前取得的成就以及未来的发展前景。

                           
  首先,关于什么是超导,赵院士给出了超导具有的两个基本性质:一、电阻为零;二、理想超导体的内部磁感应强度等于0,即完全抗磁性。
  另外,超导还有三个特点:
  一、超导隧道效应——超导电流在一定的情况下可以隧穿过一层非常薄的绝缘层。
  二、磁通量子化——超导体里的磁力线是量子化的。
  三、临界参数——超导体保持超导态有三个临界参数:临界温度、临界磁场和临界电流。
  超导又有高温超导和低温超导。高温超导和低温超导是相对而言的。高温超导指临界温度40K(K开尔文温标)以上的;低温超导指临界温度小于40K的,一般在液氦条件下运行。
  20世纪60年代,商业超导线超导磁体的出现以及超导隧道效应的发现使超导开始进入应用时代。超导的应用分为弱电应用(如微弱电磁信号检测,微波等)和强电应用(如电力工业,超强磁体等)。主要服务于能源、信息与健康方面,例如信息技术、污水处理、生物医学、交通运输、超导电力、工业加工等。

  大地测量和地磁测量——测量大地不同频率的电阻,频率越低的电阻相当于地底层的电阻;频率越高的电阻相当于地表层的电阻。了解大地表层到底层的电阻分布,对大地结构的了解至关重要,进而有利于探矿工作。
  高温超导滤波器具有插入损耗小、带边陡峭、结构简单、体积小、重量轻等优点。对于提高军用卫星、雷达等系统的灵敏度、选择性和抗干扰能力具有重要意义。
  超导体的发现经历了百年的历程。1911年荷兰物理学家卡麦林·昂尼斯在研究汞在低温下的电阻行为和规律时发现电阻在4.2 K时为零;1913年确认为超导电性,超导电性的确定是对传统概念的重大突破;1933年“迈斯纳效应”确定了宏观量子现象;1935年伦敦兄弟提出伦敦方程,描述了超导的两个基本性质,认定超导为宏观量子态;“超导唯象理论”解释并预言了超导的物理性质,并发展出超导量子磁通点阵理论,奠定了超导强电应用的基础;1957年提出的“超导电性的微观理论-BCS理论”是量子场理论进展的一个里程碑,不仅清晰地描述了超导的微观物理图像,其概念也被用于物理学的其他领域;20世纪60年代提出的“超导隧道效应”充分展现宏观量子特性,并成为许多电子学应用的物理基础;1986年发现了铜氧化合物高温超导体;2008年发现了临界温度可以高达 55 K的系列铁基超导体。
  在讲堂尾声,赵先生与现场观众进行了问答互动。赵先生回答说,高温超导的应用在于工艺的发展和市场开拓,相比低温超导合金材料容易加工的特性,高温超导材料复杂,晶粒连接差,需要高度取向。但两者都具有很高的应用价值。在高温超导体家族的特性研究过程中归纳的一些规律,可以帮助我们寻找新的非常规超导体。超导电子学有极大的应用潜力,在目前发展阶段,将具有宏观量子特征的超导体应用于量子计算,是非常有希望的。针对如何培养科学人才的问题,赵先生认为天才很少见,培养科学兴趣最重要,同时也要注重不断学习和研究。
  超导是一个既充满无限未知挑战又蕴含众多机遇的领域,关于它广阔的未来,就让我们拭目以待吧!

 

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