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| 低溫超導 | |
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低溫超導，是指在零下269攝氏度的>液氦環境中，超導所具有的特性。[1]
基本信息
中文名 低溫超導 [2]
外文名 Cryogenic superconductivity
所屬學科 物理學
應用領域 電子電氣、材料科學等
過程
在很低的溫度下，物體的所有的電子速率降低，價電子運轉在固定的平面上，達到臨界溫度;價和>電子運轉速率越來越低，核心習慣於常溫下的核外電子快速運轉; 價和電子運轉緩慢，造成了原子暫時缺失價電子的現象，核心就挪用相鄰核心的價電子。
相鄰核心又挪用，所有的核心都向某一方向近鄰挪用，於是就形成外層電子公用，這種核外層電子公用的狀態就是物質的超導態;核外層電子處於公用的狀態的物體就是超導體，最終形成低溫超導現象。
特性
一是零電阻特性。1911年，荷蘭萊頓大學的卡未林·昂內斯用液氮冷卻水銀，意外發現當溫度下降到4.2K(-268.95℃)時，水銀的電阻完全消失(特點是不產生熱損耗且電流損耗為零)。這種現象也稱為超導電性。
二是完全抗磁性。1933年，荷蘭的邁納斯和奧森菲爾德共同發現了超導體完全抗磁性，也稱為邁納斯效應，即當一個磁體靠近處於超導態的材料時，超導體內部的磁感應強度為零。
低溫超導和高溫超導的區別
低溫超導材料（low temperature superconducting material）具有低臨界轉變溫度（Tc＜30K），在液氦溫度條件下工作的超導材料。分為金屬、合金和化合物。具有實用價值的低溫超導金屬是Nb( 鈮 )，Tc 為9.3K已製成薄膜材料用於弱電領域。合金系低溫超導材料是以Nb為基的二元或三元合金組成的β相固溶體。
Tc 在 9K 以上。最早研究的是NbZr合金，在此基礎上又出現了 NbTi合金 。NbTi 合金的超導電性和加工性能均優於 NbZr 合金 ，其使用已占低溫超導合金的95％ 左右 。NbTi 合金可用一般難熔金屬的加工方法加工成合金，再用多芯複合加工法加工成以銅（或鋁）為基體的多芯複合超導線。
最後用冶金方法使其最終合金由β單相轉變為具有強釘扎中心的兩相（α＋β）合金，以滿足使用要求。化合物低溫超導材料有NbN (Tc＝16K)、Nb3Sn ( Tc＝18.1K) 和 V3Ga（Tc＝16.8K）。NbN多以薄膜形式使用 ，由於其穩定性好 ，已製成實用的弱電元器件 。
Nb3Sn是脆性化合物 ，它和V3Ga可以純銅或青銅合金為基體材料，採用固態擴散法製備 。為了提高 Nb3Sn（V3Ga）的超導性能和改善其工藝性能，有時加入一些合金元素，如Ti、Mg等。
低溫超導材料已得到廣泛應用 。在強電磁場中 ，NbTi超導材料用作高能物理的加速器、探測器、等離子體磁約束、超導儲能 、超導電機及醫用磁共振人體成像儀等；Nb3Sn 超導材料除用於製作大量小型高磁場（710T）磁體外，還用於製作受控核聚變裝置中數米口徑的磁體 ；用Nb及NbN薄膜製成的低溫儀器，已用於軍事及醫學領域檢測極弱電磁信號 。
低溫超導材料由於Tc低，必須在液氦溫度下使用，運轉費用昂貴，故其應用受到限制。
高溫超導材料high temperature superconducting material具有高臨界轉變溫度（Tc）能在液氮溫度條件下工作的超導材料。因主要是氧化物材料，故又稱高溫氧化物超導材料。高溫超導材料不但超導轉變溫度高，而且成分多是以銅為主要元素的多元金屬氧化物，氧含量不確定，具有陶瓷性質。
氧化物中的金屬元素（如銅）可能存在多種化合價，化合物中的大多數金屬元素在一定範圍內可以全部或部分被其他金屬元素所取代，但仍不失其超導電性。除此之外，高溫超導材料具有明顯的層狀二維結構，超導性能具有很強的各向異性。
已發現的高溫超導材料按成分分為含銅的和不含銅的 。含銅超導材料有鑭鋇銅氧體系（Tc＝35～40K）、釔鋇銅氧體系（按釔含量不同 ，T發生復化。最低為20K ，高可超過90K）、鉍鍶鈣銅氧體系 （Tc＝10～110K）、鉈鋇鈣銅氧體系(Tc＝125K） 、鉛鍶釔銅氧體系 （Tc約70K） 。
不含銅超導體主要是鋇鉀鉍氧體系（ Tc約30K） 。已製備出的高溫超導材料有單晶、多晶塊材，金屬複合材料和薄膜。高溫超導材料的上臨界磁場高，具有在液氦以上溫區實現強電應用的潛力。