超導資料和慣例導電資料的功能有很大的不同。
主要有以下功能。
①低電阻性：超導資料處于超導態(tài)時電阻為低，能夠無損耗地傳輸電能。
如果用磁場在超導環(huán)中引發(fā)感生電流，這一電流能夠毫不衰減地維持下去。
這種“持續(xù)電流”已多次在實驗中觀察到。
②完全抗磁性：超導資料處于超導態(tài)時，只要外加磁場不超越一定值，磁力線不能透入，超導資料內(nèi)的磁場恒為低。
③約瑟夫森效應(yīng)：兩超導資料之間有一薄絕緣層（厚度約1nm）而形成低電阻連接時，會有電子對穿過絕緣層形成電流，而絕緣層兩側(cè)沒有電壓，即絕緣層也成了超導體。
當電流超越一定值后，絕緣層兩側(cè)呈現(xiàn)電壓U（也可加一電壓U），同時，直流電流變成高頻交流電，并向外輻射電磁波，其頻率為，其間h為普朗克常數(shù)，e為電子電荷。
這些特性構(gòu)成了超導資料在科學技能領(lǐng)域越來越引人注目的各類使用的依據(jù)。
基本臨界參量 有以下 3個基本臨界參量。
①臨界溫度:外磁場為低時超導資料由正常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢B(tài)(或相反)的溫度，以Tc表示。
Tc值因資料不同而異。
已測得超導資料的很低Tc是鎢，為0.012K。
到1987年，臨界溫度很高值已提高到100K左右。
②臨界磁場：使超導資料的超導態(tài)破壞而轉(zhuǎn)變到正常態(tài)所需的磁場強度，以Hc表示。
Hc與溫度T 的關(guān)系為Hc=H0[1-(T/Tc)2]，式中H0為0K時的臨界磁場。
③臨界電流和臨界電流密度：經(jīng)過超導資料的電流到達一定數(shù)值時也會使超導態(tài)破態(tài)而轉(zhuǎn)變?yōu)檎B(tài)，以Ic表示。
Ic一般隨溫度和外磁場的增加而減少。
單位截面積所承載的Ic稱為臨界電流密度，以Jc表示。
超導資料的這些參量限定了使用資料的條件，因而尋找高參量的新型超導資料成了人們研討的重要課題。
以Tc為例，從1911年荷蘭物理學家H.開默林－昂內(nèi)斯發(fā)現(xiàn)超導電性(Hg，Tc=4.2K)起，直到1986年以前，人們發(fā)現(xiàn)的很高的 Tc才到達23.2K(Nb3Ge，19
裁線機73)。
1986年瑞士物理學家K.A.米勒和聯(lián)邦德國物理學家J.G.貝德諾爾茨發(fā)現(xiàn)了氧化物陶瓷資料的超導電性，從而將Tc提高到35K。
之后僅一年時間，新資料的Tc已提高到100K左右。
這種突破為超導資料的使用開辟了寬廣的前景，米勒和貝德諾爾茨也因而榮獲1987年諾貝爾物理學獎金。
分類 超導資料按其化學成分可分為元素資料、合金資料、化合物資料和超導陶瓷。
①超導元素：在常壓下有28種元素具超導電性，其間鈮（Nb）的Tc很高，為9.26K。
電工中實踐使用的主要是鈮和鉛(Pb，Tc=7.201K)，已用于制造超導交流電力電纜、高Q值諧振腔等。
② 合金資料： 超導元素加入某些其他元素作合金成分， 能夠使超導資料的全部功能提高。
如很先使用的鈮鋯合金(Nb-75Zr)，其Tc為10.8K，Hc為8.7特。
繼后開展了鈮鈦合金，雖然Tc稍低了些，但Hc高得多，在給定磁場能承載更大電流。
其功能是Nb-33Ti，Tc=9.3K，Hc＝11.0特；Nb-60Ti，Tc=9.3K，Hc=12特(4.2K)。
目前鈮鈦合金是用于7～8特磁場下的主要超導磁體資料。
鈮鈦合金再加入鉭的三元合金，功能進一步提高，Nb-60Ti-4Ta的功能是，Tc＝9.9K，Hc=12.4特（4.2K）；Nb-70Ti-5Ta的功能是，Tc=9.8K，Hc=12.8特。
③超導化合物:超導元素與其他元素化合常有很好的超導功能。
如已很多使用的Nb3Sn，其Tc=18.1K，Hc=24.5特。
其他重要的超導化合物還有V3Ga，Tc=16.8K，Hc=24特；Nb3Al，Tc=18.8K，Hc=30特。
④超導陶瓷：20世紀80年代初，米勒和貝德諾爾茨開始注意到某些氧化物陶瓷資料可能有超導電性，他們的小組對一些資料進行了試驗，于1986年在鑭－鋇－銅－氧化物中發(fā)現(xiàn)了Tc=35K的超導電性。
1987年，中國、美國、日本等國科學家在鋇－釔－銅氧化物中發(fā)現(xiàn)Tc處于液氮溫區(qū)有超導電性，使超導陶瓷成為極有開展前景的超導資料。
使用 超導資料具有的優(yōu)異特性使它從被發(fā)現(xiàn)之日起，就向人類展示了誘人的使用前景。
但要實踐使用超導資料又受到一系列要素的制約，這首先是它的臨界參量，其次還有資料制作的工藝等問題（例如脆性的超導陶瓷如何制成柔細的線材就有一系列工藝問題）。
到80年代，超導資料的使用主要有：①使用資料的超導電性可制作磁體，使用于電機、高能粒子加速器、磁懸浮運輸、受控熱核反應(yīng)、儲能等；可制作電力電纜，用于大容量輸電（功率可達10000MVA）；可制作通信電纜和天線，其功能優(yōu)于慣例資料。
②使用資料的完全抗磁性可制作無摩擦陀螺儀和軸承。
③使用約瑟夫森效應(yīng)可制作一系列精密測量儀表以及輻射探測器、微波發(fā)生器、邏輯元件等。
使用約瑟夫森結(jié)作計算機的邏輯和存儲元件，其運算速度比高功能集成電路的快10～20倍，功耗只有四分之一。
1911年，荷蘭物理學家昂尼斯(1853～1926)發(fā)現(xiàn)，水銀的電阻率并不象預(yù)料的那樣隨溫度降低逐步減小，而是當溫度降到4.15K附近時，水銀的電阻突然降到低。
某些金屬、合金和化合物，在溫度降到有效低度附近某一特定溫度時，它們的電阻率突然減小到無法測量的現(xiàn)象叫做超導現(xiàn)象，能夠發(fā)生超導現(xiàn)象的物質(zhì)叫做超導體。
超導體由正常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢B(tài)的溫度稱為這種物質(zhì)的轉(zhuǎn)變溫度(或臨界溫度)TC。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)大多數(shù)金屬元素以及數(shù)以千計的合金、化合物都在不同條件下顯示出超導性。
如鎢的轉(zhuǎn)變溫度為0.012K，鋅為0.75K，鋁為1.196K，鉛為7.193K。
超導體得天獨厚的特性，使它可能在各種領(lǐng)域得到廣泛的使用。
但由于早期的超導體存在于液氦極低溫度條件下，極大地限制了超導資料的使用。
人們一直在探究高溫超導體，從1911年到1986年，75年間從水銀的4．2K提高到鈮三鍺的23．22K，才提高了19K。
1986年，高溫超導體的研討取得了重大的突破。
掀起了以研討金屬氧化物陶瓷資料為目標，以尋找高臨界溫度超導體為目標的“超導熱”。
全世界有260多個實驗小組參加了這場競賽。
1986年1月，美國國際商用機器公司設(shè)在瑞士蘇黎世實驗室科學家柏諾茲和繆勒首先發(fā)現(xiàn)鋇鑭銅氧化物是高溫超導體，將超導溫度提高到30K；緊接著，日本東京大學工學部又將超導溫度提高到37K；12月30日，美國休斯敦大學宣告，美籍華裔科學家朱經(jīng)武又將超導溫度提高到40．2K。
1987年1月初，日本川崎國立分子研討所將超導溫度提高到43K；不久日本綜合電子研討所又將超導溫度提高到46K和53K。
中國科學院物理研討所由趙忠賢、陳立泉先進的研討組，獲得了48．6K的鍶鑭銅氧系超導體，并看到這類物質(zhì)有在70K發(fā)生轉(zhuǎn)變的痕跡。
2月15日美國報道朱經(jīng)武、吳茂昆獲得了98K超導體。
2月20日，中國也宣告發(fā)現(xiàn)100K以上超導體。
3月3日，日本宣告發(fā)現(xiàn)123K超導體。
3月12日中國北京大學成功地用液氮進行超導磁懸浮實驗。
3月27日美國華裔科學家又發(fā)現(xiàn)在氧化物超導資料中有轉(zhuǎn)變溫度為240K的超導痕跡。
很快日本鹿兒島大學工學部發(fā)現(xiàn)由鑭、鍶、銅、氧組成的陶瓷資料在14℃溫度下存在超導痕跡。
高溫超導體的巨大突破，以液態(tài)氮代替液態(tài)氦作超導制冷劑獲得超導體，使超導技能走向大規(guī)模開發(fā)使用。
氮是空氣的主要成分，液氮制冷機的效率比液氦至少高10倍，所以液氮的價格實踐僅相當于液氦的1／100。
液氮制冷設(shè)備簡單，因而，現(xiàn)有的高溫超導體雖然還必須用液氮冷卻，但卻被認為是20世紀科學上很巨大的發(fā)現(xiàn)之一。
超導科學研討 1.非慣例超導體磁通動力學和超導機理 主要研討混合態(tài)區(qū)域的磁通線運動的機理，不可逆線性質(zhì)、起因及其與磁場和溫度的關(guān)系，臨界電流密度與磁場和溫度的依賴關(guān)系及各向異性。
超導機理研討側(cè)重于研討正常態(tài)在強磁場下的磁阻、霍爾效應(yīng)、漲落效應(yīng)、費米面的性質(zhì)以及T
時用強磁場破壞超導到達正常態(tài)時的輸運性質(zhì)等。
對有望表現(xiàn)出高溫超導電性的體系象有機超導體等以及在強電方面具有寬廣使用前景的低溫超導體等，也將開展其在強磁場下的性質(zhì)研討。
2.強磁場下的低維凝集態(tài)特性研討 低維性使得低維體系表現(xiàn)出三維體系所沒有的特性。
低維不穩(wěn)定性導致了多種有序相。
強磁場是提醒低維凝集態(tài)特性的有效手段。
主要研討內(nèi)容包括：有機鐵磁性的結(jié)構(gòu)和來源；有機（包括富勒烯）超導體的機理和磁性；強磁場下二維電子氣中非線性元激起的特異屬性；低維磁性資料的相變和磁相互效果；有機導體在磁場中的輸運和載流子特性；磁場中的能帶結(jié)構(gòu)和費米面特征等。
3.強磁場下的半導體資料的光、電等特性 強磁場技能對半導體科學的開展愈益變得重要，由于在各種物理要素中，外磁場是 在保持晶體結(jié)構(gòu)不變的情況下改動動量空間對稱性的物理要素，因而在半導體能帶結(jié)構(gòu)研討以及元激起及其互效果研討中，磁場有著特別重要的效果。
經(jīng)過對強磁場下半導體資料的光、電等特性開展實驗研討，可進一步理解和把握半導體的光學、電學等物理性質(zhì)，從而為制造具有各種功能的半導體器材并開展高科技作基礎(chǔ)性探究。
4.強磁場下極微細標準中的物理問題 極微細標準體系中呈現(xiàn)許多慣例資料不具備的新現(xiàn)象和奇異特性，這與這類資料的微結(jié)構(gòu)特別是電子結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。
強磁場為研討極微細標準體系的電子態(tài)和輸運特性提供強有力的手段，不但能進一步提醒這類資料在慣例條件下難以呈現(xiàn)的奇異現(xiàn)象，而且為在更深層次下認識其物理特性提供豐富的科學信息。
主要研討強磁場下極微細標準金屬、半導體等的電子輸運、電子局域和關(guān)聯(lián)特性；量子尺度效應(yīng)、量子限域效應(yīng)、小尺度效應(yīng)和表面、界面效應(yīng)；以及極微細標準氧化物、碳化物和氮化物的光學特性及能隙精細結(jié)構(gòu)等。
5.強磁場化學 強磁場對化學反應(yīng)電子自旋和核自旋的效果，可導致相應(yīng)化學鍵的松馳，造成新鍵生成的有利條件，誘發(fā)一般條件下無法完成的物理化學變化，獲得原來無法制備的新資料和新化合物。
強磁場化學是使用基礎(chǔ)性很強的新領(lǐng)域，有一系列理論課題和廣泛使用前景。
近期可開展水和有機溶劑的磁化及機理研討以及強磁場誘發(fā)新化學反應(yīng)研討等。
6.磁場下的生物學、生物－醫(yī)學研討等 磁體科學和技能 強磁場的價值在于對物理學知識有重要貢獻。
八十年代的一個概念上的重要進展是量子霍爾效應(yīng)和分數(shù)量子霍耳效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)。
這是在強磁場下研討二維電子氣的輸運現(xiàn)象時發(fā)現(xiàn)的（獲85年諾貝爾獎）。
量子霍爾效應(yīng)和分數(shù)量子霍爾效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)激起物理學家探究其起源的熱情，并在建立電阻的自然基準，精確測定基本物理常數(shù)e，h和精細結(jié)構(gòu)常數(shù)(＝e2/h(0c等使用方面，已顯示巨大意義。
高溫超導電性機理的很終提醒在很大程度上也將依賴于人們在強磁場下對高溫超導體功能的探究。
熟悉物理學史的人都清楚，由固體物理學演化為凝集態(tài)物理學，其重要標志就在于其研討目標的日益擴大，從周期結(jié)構(gòu)延伸到非周期結(jié)構(gòu)，從三維晶體拓寬到低維和高維，乃至分數(shù)維體系。
這些新目標展示了很多新的特性和物理現(xiàn)象，物理機理與傳統(tǒng)的也大不相同。
這些新目標的產(chǎn)生以及對新效應(yīng)、新現(xiàn)象的解釋使得凝集態(tài)物理學得以不斷的豐富和開展。
在此進程中，極點條件一直起著至關(guān)重要的效果，由于極點條件往往使得某些要素突出出來而同時抑制其它要素，從而使原本很雜亂的進程變得較為簡單，有利于直接了解物理本質(zhì)。
相對于其它極點條件，強磁場有其自身的特色。
強磁場的效果是改動一個體系的物理狀態(tài)，即改動角動量（自旋）和帶電粒子的軌道運動，因而，也就改動了物理體系的狀態(tài)。
正是在這點上，強磁場不同于物理學的其他一些比較昂貴的手段，如中子源和同步加速器，它們沒有改動所研討體系的物理狀態(tài)。
磁場能夠產(chǎn)生新的物理環(huán)境，并導致新的特性，而這種新的物理環(huán)境和新的物理特性在沒有磁場時是不存在的。
低溫也能導致新的物理狀態(tài)，如超導電性和相變，但強磁場極不同于低溫，它比低溫更有效，這是由于磁場使帶電的和磁性粒子的遠動和能量量子化，并破壞時間反演對稱性，使它們具有更獨特的性質(zhì)。
強磁場能夠在保持晶體結(jié)構(gòu)不變的情況下改動動量空間的對稱性，這對固體的能帶結(jié)構(gòu)以及元激起及其互效果等研討是非常重要的。
固體雜亂的費米面結(jié)構(gòu)正是使用強磁場使得電子和空穴在特定方向上的自由運動從而導致磁化和磁阻的振蕩這一原理而得以證實的。
固體中的費米面結(jié)構(gòu)及特征研討一直是凝集態(tài)物理學領(lǐng)域中的前沿課題。
當今凝集態(tài)物理基礎(chǔ)研討的許多重大熱門都離不開強磁場這一極點條件，甚至很多是以強磁場下的研討作為基礎(chǔ)。
如波色凝集只發(fā)生在動量空間，要在實空間中觀察到此現(xiàn)象必需在非均勻的強磁場中才得以可能。
又如高溫超導的機理問題、量子霍爾效應(yīng)研討、納米資料和介觀物體中的物理問題、巨磁阻效應(yīng)的物理起因、有機鐵磁性的結(jié)構(gòu)和來源、有機（包括富勒烯〕超導體的機理和磁性、低維磁性資料的相變和磁相互效果、固體中的能帶結(jié)構(gòu)和費米面特征以及元激起及其互效果研討等等，強磁場下的研討工作將有助于對這些問題的正確認識和提醒，從而促進凝集態(tài)物理學的進一步開展和完善。
中 文
