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多国科学小组发现与超导并存的超绝缘现象 |
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4/22/2008 9:10:00 AM
佳工机电网
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《科技日报》2008年4月21日讯 一个由美国、俄罗斯、德国和比利时的科学家组成的研究小组，在温度接近绝对零度和强磁场状态下，从氮化钛薄膜中发现了超绝缘现象，奇怪的是，超绝缘现象是由超导现象引起的。该项科研成果发表在近期出版的英国《自然》杂志上。
1911年，荷兰物理学家卡茂林－昂尼斯意外地发现，将汞冷却到－268.98℃时，汞的电阻会突然消失，从而首次发现了超导现象。
1957年，美国伊利诺斯大学的巴丁、库柏和斯里弗提出了著名的“巴库斯超导量子理论”，他们认为，在超导态金属中电子以晶格波为媒介相互吸引而形成电子对，无数电子对相互重叠又常常互换搭配对象形成一个整体，电子对作为一个整体的流动产生了超导电流。由于拆开电子对需要一定能量，因此超导体中基态和激发态之间存在能量差，即能隙。这一理论的提出使超导研究进入了一个新的阶段。
1962年，年仅20多岁的剑桥大学实验物理研究生约瑟夫逊提出，在超导结中电子对可以通过氧化层形成无阻的超导电流，这个现象称作直流约瑟夫逊效应。
超导现象研究中的上述三次重大发现与近期多国科学家的发现有何关系？表面上看，虽然研究结果相反，但从整体上看是一致的。
研究人员将氮化钛薄膜冷却到接近绝对零度的状态，也就是说符合瑟夫逊效应，在这样的薄膜上外加直流电后发现，电流无损耗地经过薄膜，薄膜中产生了超导现象。但具有瑟夫逊效应的氮化钛薄膜只是一种理想模型,实际上的薄膜是一种微小尺寸的颗粒结构，在低温环境下颗粒是一种超导磁畴，并被绝缘区包围。
研究人员将薄膜置于0.9特斯拉（为地球磁场2000倍）的强磁场、温度为70mK(K为绝对温度)的环境中后发现，薄膜的表现就像普通的绝缘体一样，但当温度降低到20mK后发现，电流急剧接近零，也就是电阻无限增大。原来，这里发生了量子现象，出现了与超导完全相反的现象———超绝缘。虽然这很奇怪，但超绝缘效应在实验中与超导现象同时存在，因为磁畴仍然具有超导性。
超绝缘现象具有多大的稳定性？众所周知，当温度高于临界温度、外界磁场高于临界场和外加电流高于临界电流的情况下，超导现象将被破坏。研究发现，在某些状态，超绝缘现象也存在类似的情况。
研究人员指出，尽管上述研究目前只是基础研究，但该超绝缘现象的实际应用非常重要，它能解决一系列化学电源上的重大问题。
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