当H>Hc2,变成正常态.
MixedState,vortices混合态涡流
II类超导体磁通穿透
合金及化合物超导体
Cs3C6040K（Highest-TcFulleride）MgB239KBa0.6K0.4BiO330K
Nb3Ge23.2KNb3Si19KNb3Sn18.1KNb3Al18K
V3Si17.1KTa3Pb17KV3Ga16.8KNb3Ga14.5K
V3In13.9KNb0.6Ti0.49.8K（Firstsuperconductivewire）Nb9.25K
Tc7.80KV5.40K
Note:
These3aretheonlyelementalType2
superconductors.
HoNi2B2C7.5K（Borocarbide）
Fe3Re26.55KGdMo6Se85.6K（Chevrel）CoLa34.28K
MnU62.32K（HeavyFermion）AuZn31.21K
Note:
Theabove6compoundscontainelementsthat
areferromagneticoranti-ferromagnetic（as
oxides）.Thismakesthemveryreluctant（and
unusual）superconductors.Seethe"Atypical"page
formore.
Sr.08WO32-4K（Tungsten-bronze）
Tl.30WO32.0-2.14K（"）
Rb.27-.29WO31.98K（"）
AuIn30.00005K
High-Tccuprates:
Tc,max~135K（常压）,165K（高压）
Fe（Ni）pnictides:
Tc,max~56K
二、超导研究的历史过程
1、1986年以前超导研究过程
.1911年Onnes发现Hg在4.2K电阻突然下降为零
.1933年Meissner效应的发现
.1911-1932年间,以研究元素的超导电性。
Hg、Pb、Sn、In、Ta….
.1932-1953年，发现了许多具有超导电性的合金。
如Pb-Bi，NbC，MoN，Mo-Re…….
.1953-1973年，发现了一系列A15型超导体和三元系超导体。
如Tc.17K的V3Si，Nb3Sn；
特别是Nb3Ga，Nb3GeTc.23.2K
其中1957年提出了BCS理论（1972年诺贝尔物理奖）
1962年发现了Josephson效应（1973年诺贝尔物理奖）
2、1973-1986年
.超导临界温度的提高，停滞不前。
Tc=23.2KNb3Ge（1973年发现）
非常规超导体研究得到了蓬勃发展
重Fermi子超导体非晶态超导体低载流子密度超导体磁性超导体
低维无机超导体超晶格超导体有机超导体
三、高温超导体研究的重大突破
1986年Müller和Bednorz发现高温超导体
1986.1La2-xBaxCuO435K
1987.2YBa2Cu3O790K
1988.1Bi-Sr-Ca-Cu-O80K,110K
1988.3Tl-Ba-Ca-Cu-O130K
1992Hg-Ba-Ca-Cu-O135K
（几万个大气压165K）
高温超导体的机理研究
.1987年两人获得诺贝尔物理学奖
高温超导体难以用BCS理论解释
超导转变温度Tc大大超出BCS理论极限40K;
正常态非常反常（T>Tc）不符合通常金属的理论—郎道费米液体理论
高温超导体是强关联电子体系
.超导能隙.具有强的各向异性–d波对称性
.奇怪的同位素效应：
BCS理论给出：
Tc∝M-α.,α.=0.5,M为同位素质量
高温超导体：
α.~0
高温超导体的结构
.在结构上看,是类钙钛矿结构,铜和氧在ab方向上形成了CuO2平面,层状结构特性.
.CuO2平面是导电平面,是主要的.电子特性具有准二维特性.
.有人说:
只要有CuO2平面和可移动的载流子,就必定是个超导体
高温超导体是II类超导体
.La系：
La2-xXxCuO4（X=Ca,Sr,Ba）（也称214相）
.Y系：
YBa2Cu3O7（也称123相），Y可用其它稀
土元素替代。
稀土元素：
（Sc）,Y,La,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,
Tm,Yb,Lu。
除Ce、Pr、Pm等以外，都能形成90K超导体。
.Bi系：
有Bi2201、2212、2223等系列。
.Tl系：
有Tl2201、2212、2223系列和Tl1201、
1212、1223等系列。
。
.Hg系：
有Hg1201、1212、1223等系列。
.其它，如（Sr,Ca）CuO2等。
Bi系氧化物超导体
CuO层增加,Tc逐步增加
2201:
1层CuO面,Tc-10K
Bi2Sr2CuO6,
2212:
2层CuO面,Tc-90K
Bi2Sr2CaCu2O8
2223:
3层CuO面,Tc-110-115K
Bi2Sr2Ca2Cu3O10110K
Bi1.6Pb0.6Sr2Ca2Sb0.1Cu3Ox115K
2234:
4层CuO面,Tc-110K
不稳定.
Hg和Tl系铜氧化物超导体
Hg0.8Tl0.2Ba2Ca2Cu3O8.33*138K（record-holder）
HgBa2Ca2Cu3O8133-135K
HgBa2Ca1-xSrxCu2O6+123-124K
HgBa2CuO4+94-98K
Tl1.6Hg0.4Ba2Ca2Cu3O10+130K
Tl2Ba2Ca2Cu3O10127K
TlBa2Ca2Cu3O9+123K
Tl0.5Pb0.5Sr2Ca2Cu3O9120K
TlBa2Ca3Cu4O11112K
高温超导体的电子态相图
欠掺杂最佳掺杂过掺杂
高温超导体的制备方法
多晶样品（陶瓷样品）
固相反应法:
例如:
YBa2Cu3O7超导体的制备:
原料:
Y2O3,BaCO3,CuO,按比例称好,混合
烧结工艺:
900C烧结24小时,重新研磨,
压片,再930C烧结24小时.
高温超导体的制备方法
单晶样品的生长:
（1）助熔剂法（fluxmethod）
1100C左右（全部熔化成液体）,缓慢降温,结晶.
（2）光学加热法（光学熔融浮区法）
（floatingzone）
专门的单晶炉.
光学单晶炉
可以达到2000C.
日本CrystalSystemCo,100-150万元.
高温超导体的制备方法
.超导薄膜的制备:
（1）磁控溅射法:
用磁场控制Ar离子轰击材料,汽化成等离子体,沉积成薄膜;
（2）脉冲激光沉积法（PLD法）:
用激光轰击材料形成汽化的状态,沉积成薄膜.
实验设备:
激光镀膜装置（PLD）DSC00800
KrF准分子激光器波长:
248纳米单脉冲能量:
250mJ脉冲宽度:
25纳秒
四、其它奇异超导体
1。
插水钴氧化物超导体：
NaxCoO2.yH2O
2003年日本物质材料研究机构科学家发现。
NaxCoO2的奇异性质：
（1）离子导体，离子电池的材料；
（2）热电材料，热电势S很大；
（3）插水后出现超导电性；
（4）改变Na含量，甚至可以变绝缘体。
NaxCoO2—三角格子的钴氧平面
.准二维的体系，三角格子排列的
钴氧平面为导电平面
.电子也有强关联的特性
热电势和热电材料的要求
.热电材料的效率由一个无量纲参量ＺＴ表征,被称为品
质因子（figureofmerit）:
Ｚ=S2/κρT:
温度，S:
热电势，κ：
热导，ρ：
电阻率
Mg—Si，Bi2Te3，SiGe等半导体材料是目前应用广泛
的热电材料，高温时其ＺＴ值1左右。
.一般认为载流子浓度n为1019cm-3是最佳的，Z最大。
.1997年日本早稻田大学的Terasaki教授首先发现
NaxCoO2的热电势反常大，引起了极大的关注。
.NaxCoO2是金属，电导率很大，却仍有这么大的热电
势，是一般金属所没有的现象。
插水后的NaxCoO2.yH2O成为超导体！
.2003年3月《Nature》报道了日本物质材料研究所合成了插水化合物超导体－Na0.35CoO2-1.3H2O，Tc＝4.7K。
引起了又一浪研究热潮。
Na0.5CoO2：
电荷有序现象
.2003年底普林斯顿大学Ong和Cava研究组又报道了
x=0.5时由于电荷有序化引起了金属-绝缘体相变。
Phys.Rev.Lett.92,（2004）.
X=0.50,电荷有序化
T=50K,电阻率急剧增大；T=30K,50K,87K,磁化率有变化
2、Ax-C60超导体
60个顶点和32个面，其中12个面为正五边形，20个面为正六边形.Fullerene:
富勒烯也称巴基球.
1985年9月，美国Rice大学和英国Sussex大学的研究小组在合作研究星际物质中可能存的碳原子团簇的一系列实验中，发现了球状C60分子的存在。
H.W.Kroto,etal.,Nature329,529（1987）.
猜测C60分子结构直径0.7nm
R.E.Smalley,R.F.Kurl,H.W.Kroto获1996年诺贝尔化学奖。
1970年，日本科学家大泽映二预言，自然界中碳元素还应该有第四种同素异形体存在–球形碳分子。
世界范围的C60研究热潮由此开始，并促成1996年的C60诺贝尔奖！
1991年凝聚态物理领域的研究发现K3C60超导体（转变温度为18K）。
A.F.Hebard,Nature350,600（1991）.
Smalley等用大功率的激光束轰击石墨使其汽化，用1MPa压力的氦气产生超声波，使被激光束汽化的碳原子通过一个小喷嘴进入真空膨胀，并迅速冷却形成新的碳原子，从而得
到了C60。
在碱金属、碱土金属，稀土金属金属掺杂的C60固体中发现约二十种超导
A.F.Hebard,etal.,Nature350,600（1991），
K3C60超导转变温度18K;（最早）
R.M.Fleming,etal.,Nature352,787（1991）,
Rb2Cs1C60超导转变温度31K。
（最高）
1997在Eu掺杂的C60固体中发现铁磁体；
2002在Eu掺杂的C60固体中发现巨磁电阻；
2003在Sm掺杂的C60固体中发现近藤效应、负热膨胀。
3.Fe基超导体LnO1-xFxFeAs
日本小组2006年发现2个类似结构的低Tc超导体
*LaOFeP（Tc~5K）:
Kamihara,Y.etal.,J.Am.Chem.Soc.2006,128,
10012.
*LaONiP（Tc~3K）
Watanabe,T.etal.,Inorg.Chem.2007,46,7719
LaO1-xFxFeAs,Tc=26K
Y.Kamihara,TokyoInstituteofTechnology
J.Am.Chem.Soc.,ASAPArticle,10.1021/jam
S0002-863（80）00073-X
February23,2008
54LnOFeAsZrCuSiAs-type
一类新的高温超导体横空出世！
FeAs平面是关键的导电平面。
中国的小组迅速跟进！
2008-3-3：
物理所王楠林组宣布合成Tc=26K的La1-xFxFeAs给出超导的基本性质，Hc2（0）~60T
2008-3-6:
物理所闻海虎组也宣布成功！
HideoHosonoTokyoInstituteofTechnology
HideoHosono
Citation:
"Forhis2008discoveryofLaO1-xFxFeAsthathasheraldedintheeraofFe-pnictidesforthesearchforandtheunravelingofhightemperaturesuperconductivity."
注：
YoshiteruMaeno因为发现另一个超导体Sr2RuO4同时得奖。
（Sept.2009,Tokyo）
http:
//www.m2s-tokyo.org/award.html
浙江大学的成果之一（许祝安、曹光旱）
铁基高温超导体新材料探索
.中国科学家随后把Tc推高到40K以上
.电子型掺杂方法
（1）FdopeonOsite
（2）O-vacancy
我们提出了新方法：
Th4+dopeforLn3+
ZrCuSiAs-typelayeredstructure层结构
Thdopingsystem：
Gd1-xThxOFeAs,
Tc=56K,推向新高！
（2008年4月）
arXiv.org:
0804.2290,2008-4-28
CWangetal.EurophysLett.83，67006（2008）
他人引用已超过24次.据
arXiv，已经50余次引用。
Thdopingsystem：
Gd1-xThxOFeAs,
Tc=56K,推向新高！
（2008年4月）
Thdoping优点：
对于重稀土，有利于改善LnO层与FeAs之间的晶格失配，比F掺杂容易实现。
受到国际同行的高度评价，如美国物理学会刊物《Physics》的评价；美国化学学会Chem&EnginNews整段报道。
这类超导体的临界温度在几月内不断升高
美国物理学会（APS）刊物《Physics》的评价
超导的“铁”时代
美国《化学与工程新闻》杂志（2008-10）
封面故事整段介绍我们的工作：
就在几周前，中国杭州的浙江大学曹光旱、许祝安报道了另外一种掺杂方法，把Tc推向新高。
……与其他研究组不同，浙江大学团队利用Th部分替代Gd获得Gd0.8Th0.2FeAsO.
浙大成就之二：
（袁辉球）
铁基高温超导体的3D超导态特性袁辉球及合作者：
在二维层状晶体结构的铁
基超导体中发现超导态的“各向同性”,这是首次在二维层状的超导材料中报道三维的超导
特性。
论文在Nature发表。
Yuanetal.,Nature457，565（2009）
《自然》杂志评审专家认为，这是超导研究领域一项非常独特而重要的发现，将对研究铁基
高温超导形成机理具有重要意义。
1111and122structures各层比例关系
五、超导体的应用
1.超导强电应用
物理基础:
（1）r=0（无焦尔热损耗）
（2）（Tc，Jc,Hc2）高
如NbTi,Nb3Sn和V3Ga等超导线材在强磁场中,能负载很高的临界电流
超导磁体
.能在大的空间内产生很高的磁场，所需的励磁功率很小，一个10Tesla的磁体只要汽车蓄电
池充电即可。
.重量轻，体积小，稳定性好，均匀度高（1cm范围内达到10-8量级），也可以产生高梯度场（14T/cm）
.和常规磁体相比，提高效率，节省费用。
美国Janis公司的14T超导磁体
美国国家强磁场实验室（NHMFL）
1990年建立，由三部分组成：
.FloridaStateUniversity,Tallahassee（总部）;
.UniversityofFlorida,Gainesville;
.LosAlamosNationalLaboratory,NewMexico
thelargestandhighest-poweredmagnet磁体laboratoryintheworld.
.35T水冷磁体
.45T混合磁体（hybridmagnet）
.100T脉冲磁场
45teslaworld-recordhybrid混合magnet磁体
1999开始运行；
造价：
144万美元；
重量：
35吨；
高度：
6.7米；
用水：
15000公升/分；
用电：
33兆瓦
运行费：
4000美元/小
升级会员 