Ti2GeC的合成与ZrRe6的Fe元素替代(2)

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1．2 新型超导材料探索

1911年荷兰科学家卡麦林· 昂尼斯发现Hg在4.2K时的零电阻,随后,人们在Pb及其它多种材料中也发现了这种特性:在满足临界条件(临界温度Tc、临界电流Jc、临界磁场Hc)时物质的电阻会突然消失,这种现象称为超导电性的零电阻现象。此后，1933年，迈斯纳和奥森菲尔德又发现了超导体的另一个重要性质—完全抗磁性。1957年Bardeen等提出了著名的BCS理论,揭示了长期的谜题——超导的起因。但是由于已经发现的各种材料Tc过低,必须要使用液氦,从而大大地限制了它的优越性。从20世纪70年代起人们就将注意力转向寻找高Tc的超导体,在周期表上排列、组合成了各种二元、三元合金或化合物甚至是四元化合物,但是一直没有成效[2]。1973年找到的Tc最高的材料是为23.2K的Nb3Ge薄膜,直到1985年这个记录一直保持不变。1986年瑞士IBM实验室科学家缪勒和柏诺兹发现了Tc为36K的La2Ba2Cu2O超导体,揭开了高温超导体发展的帷幕。1987年2月,美国华裔科学家朱经武和中国的科学家赵忠贤把Y2Ba2Cu2O系材料临界超导温度提高到了90K以上,液氮的禁区(Tc=77K)奇迹般地被突破了。同年底,Tl2Ba2Ca2Cu2O系材料又将临界超导温度的记录提高到了125K。从1986～1987年短短1年多的时间里,临界超导温度竟然提高了100K以上,使超导的应用和发展迈上了一个新台阶。最新的报道中是以水银掺杂得到的Hg2Ba2Ca2Cu3O10-δ,在常压下其临界温度已达到134K[3]。

21世纪的超导技术会像20世纪时的半导体技术一样具有重要意义。一方面高温超导线材载流能力是相同横截面积铜导线的100倍以上,因而在能源领域应用潜力很大,并有可能引发电力系统的革命;另一方面，超导元器件的高灵敏特性使得其在移动通信、航空航天、资源勘探、医疗诊断以及军事国防等领域具有广阔的应用前景[5]。高温超导电缆技术的发展已有十多年的历史,如美国、日本、丹麦、德国、韩国、意大利、法国等都在积极地进行高温超导电缆的研究开发。美国的高温超导电缆的研究开发一直走在世界前列,研制成了世界上第一组高温超导电缆[6]。2001年丹麦NKT公司的30m长、30kV/2kA热绝缘结构实用化高温超导电缆顺利实现挂网运行。日本也有多家公司和科研院所从事高温超导电缆的开发研制。在国内,北京英纳超导技术公司和西北有色金属研究院先后建成200km的铋系高温超导带材的生产线,300米长带的临界电流接近90A,达到了国际先进水平[7]。

最近在新超导材料的探索中，人们发现一些三元碳化物和氮化物有超导现象，其分子式可写为Mn+1AXn(MAX-compounds，M表示早期过渡金属,是一个金属(IIIA族或IVA族元素和X是碳或氮)的形式,其中n=1,2,和3分别指的是211型,312型和413型的晶体结构。关于这些系统的研究已经有了许多报道。这些具有层状晶体解构的三元化合物除了高电气和热导率，在高温下表现出高强度和刚度、抗氧化和热冲击,具有重要的应用价值。这些宏观性质跟电子和层状晶体结构密切相关。同时在这个系统中,有6个低温超导材料被发现：Mo2GaC(Tc=4.0K), Nb2SnC(Tc=7.8K), Nb2SC(Tc=5.0K), Nb2AsC(Tc=2.0K), Ti2InC(Tc=3.0K), Nb2InC(Tc=7.5K), Ti2GeC(Tc=9.5K)。关于其超导电性及其产生的物理机制还需进一步的研究。

1．3 非中心对称超导体ZrRe6

最近读到一篇关于ZrRe6文章，文章指出这是一个具有非中心对称的超导材料，磁化率,比热测试表明其超导转变温度Tc=6.75±0.05K。缪子实验结果表明它可能是一个非常规超导体。

最近有些人对在非中心对称超导体（NCS）引起的复杂超导性能的性质很感兴趣。在这些材料反转对称性的缺失诱导非对称自旋轨道耦合（SOC），它能够提升导带电子的简并度和可能造成超导配对波函数形成自旋三重态。这种混合配对可以导致非中心对称超导体，显示与常规超导体截然不同的特性，例如在超导能隙存在节点和上临界场超过泡利临界场。另外，这些系统显示时间反演对称性（TRS）的破缺。