有机超导体概述
《有机导体与超导体》课件
有机超导体是指由有机分子和无机元 素组成的材料，这些材料在低温下能 够展现出超导体的特性，即零电阻和 完全抗磁性。
有机超导体的特性
总结词
有机超导体具有一些特殊的物理性质，如低温下的超导电性、高临界温度等。
详细描述
有机超导体在低温下表现出超导电性，即电阻为零，完全抗磁性，能够实现无 损耗的电流传输。此外，一些有机超导体还具有较高的临界温度，使得超导态 的维持更加容易实现。
调控材料性质
通过调控材料的化学结构和物理状态 ，有可能诱导有机导体展现出超导特 性。
通过合成新的有机材料，有可能发现 具有超导特性的有机导体。
04
有机超导体的研究进展
有机超导体的研究现状
当前研究重点
探索有机超导体的物理机制和实现条件，提高超导转 变温度。
实验方法
利用分子束外延、化学气相沉积等方法制备高质量有 机超导体薄膜，进行电学、磁学等性质测量。
案例三：有机超导体在医疗领域的应用
总结词
有机超导体在医疗领域的应用具有巨大的潜力，能够 提高医疗设备的性能和治疗效果。
详细描述
随着医疗技术的不断发展，医疗设备的性能和治疗效 果要求越来越高。有机超导体作为一种新型的超导材 料，具有高超导电性能、良好的生物相容性和可加工 性好等优点，因此在医疗领域具有广泛的应用前景。 例如，在核磁共振成像、放射治疗、生物传感器等方 面，有机超导体可以提高医疗设备的性能和治疗效果 ，为提高人类健康水平和生活质量提供新的解决方案 。
两者都是导体
有机导体和超导体都具有导电性，能够传输电 流。
依赖材料性质
有机导体和超导体的导电性能都与材料的性质 密切相关。
低温下的特殊性质
在低温下，某些有机导体和超导体展现出特殊的物理性质。
物理学中的关键技术——超导体
物理学中的关键技术——超导体超导体是一种具有特殊电学性质的材料，其最主要的特点就是在一定温度和电场下，电阻降低到极低或者是零。
同时，超导体还能够在强电流下，使电流无损耗地流过。
因此，超导体在现代物理学、电子学、材料学、能源等领域中具有广泛的应用，已经成为了物理学中的关键技术之一。
超导体的发现超导体最早是在1911年由荷兰物理学家海克·坎纳斯发现的，他使用液氦对汞进行冷却的实验中，发现在低温下，汞的电阻会突然降低到零。
这一现象被称为超导现象，这也是超导体得名的来源。
此后，许多科学家对超导体进行了研究，在20世纪50年代，超导体的工作温度已经达到了4K，使得超导体的应用范围得到了极大的拓展。
超导体的电学性质超导体的最大特点是零电阻和无损耗电流，这一特性让超导体成为了一种重要的电学材料。
通常衡量超导体电学性能的参数是电势、电场和电流三个参数。
电势是表示电能差的物理量，对于理想的超导体，其内部电势是稳定的，且其总能量是为零的。
电场是表示电荷运动的场，对于理想的超导体，其内部电场总是为零，因为电荷在超导体中是不能滞留的。
电流是超导体中通导电荷的电流。
在传统的金属中，电流与电场、电势的关系符合欧姆定律，但是对于超导体来说，其电势和电流之间的关系符合贝尔定律，即电流是电势的相位积分。
超导体的应用超导体在现代科技中的应用非常广泛。
特别是在能源领域、核磁共振成像、电子加速器等领域中已经变得不可或缺。
超导电缆是以超导材料为导体的电缆，通过将超导体置于液氦中冷却，可以实现高电流密度的传输，同时还可以减少电能的损失。
超导量子比特是量子计算机中的重要部分，利用超导体的量子特性，可以实现高速计算和通信的目的。
超导电机是以超导体为磁场绕组的电机，因为其具有零电阻、高稳定性和高效率的特点，能够在未来的能源转换和储存领域中大有作为。
超导磁共振成像技术是一种比较常见的医学成像技术，它利用超导材料来产生强磁场，通过对人体组织中质子的共振吸收来获取图像，广泛运用于医学诊断和实验物理学研究中。
超导体
1911年，荷兰科学家卡末林-昂内斯用液氮冷却汞，当温度下降到4.2K（-268.95℃）时，水银的电阻完全消失，这种现象称为超导电性，此温度称为临界温度。
根据临界温度的不同，超导材料可以被分为：高温超导材料和低温超导材料。
但这里所说的“高温”仍然是远低于冰点以下的。
1933年，迈斯纳和奥克森菲尔德两位科学家发现，如果把超导体放在磁场中冷却，则在材料电阻消失的同时，磁感应线将从超导体中排出，不能通过超导体，这种现象称为抗磁性。
1973年，发现超导合金—铌锗合金，其临界温度为23.2K（-249.95℃），这一纪录保持了近13年。
1986年，设在瑞士苏黎世的美国IBM公司的研究中心报道了一种氧化物（镧钡铜氧化物）具有35K（-240.15℃）的高温超导性。
这一年，美国贝尔实验室研究的超导材料，其临界温度达到40K（-235.15）液氢的“温度壁垒”（40K）被跨越。
1987年，美国华裔科学家朱经武以及中国科学家赵忠贤相继在钇-钡-铜-氧系材料上把临界温度提高到90K（-185.15℃）以上，液氮的“温度壁垒”（77K）也被突破了。
1987年底，铊-钡-钙-铜-氧系材料又把临界温度的记录提高到125K （-150.15℃）。
从1986-1987年这短短一年多的时间里，临界超导温度提高了近100K。
2008年3月25日和3月26日，中国科技大学陈仙辉组合物理所王楠林组分别独立发现了临界温度超过-233.15℃的超导体，突破了麦克米兰极限（麦克米兰曾经断定，传统超导临界温度最高只能达到39K），被证实为非传统超导。
2012年9月，德国莱比锡大学的研究人员宣布了一项进展：石墨颗粒能在室温下表现出超导性，研究人员将石墨粉浸入水中后滤除干燥，置于磁场中，结果一小部分（大约占0.01%）样本表现出抗磁性，而抗磁性是超导体材料的标志性特征之一。
虽然表现出超导体的石墨颗粒很少但这一发现仍然具有重要意义。
迄今为止，超导体只有在温度低于-110℃下才能够发挥作用。
超导体简述
超导体简述一、超导体的定义:一般材料在温度接近绝对零度的时候，物体分子热运动几乎消失，材料的电阻趋近于0，此时称为超导体，达到超导的温度称为临界温度。
二、超导体的发展史：1911年，荷兰科学家昂内斯(Onnes)用液氦冷却汞，当温度下降到绝对温标4.2K 时水银的电阻完全消失，这种现象称为超导电性，此温度称为临界温度。
根据临界温度的不同，超导材料可以被分为：高温超导材料和低温超导材料。
但这里所说的“高温”，其实仍然是远低于冰点摄氏0℃的，对一般人来说算是极低的温度。
1933年，迈斯纳和奥克森菲尔德两位科学家发现，如果把超导体放在磁场中冷却，则在材料电阻消失的同时，磁感应线将从超导体中排出，不能通过超导体，这种现象称为抗磁性。
经过科学家们的努力，超导材料的磁电障碍已被跨越，下一个难关是突破温度障碍，即寻求高温超导材料。
超导现象1973年，发现超导合金――铌锗合金，其临界超导温度为23.2K，这一记录保持了近13年。
1986年，设在瑞士苏黎世的美国IBM公司的研究中心报道了一种氧化物（镧钡铜氧化物）具有35K的高温超导性。
此后，科学家们几乎每隔几天，就有新的研究成果出现。
1986年，美国贝尔实验室研究的超导材料，其临界超导温度达到40K，液氢的“温度壁垒”（40K）被跨越。
1987年，中国科学家赵忠贤以及美国华裔科学家朱经武相继在钇－钡－铜－氧系材料上把临界超导温度提高到90K以上，液氮的“温度壁垒”（77K）也被突破了。
1 987年底，铊－钡－钙－铜－氧系材料又把临界超导温度的记录提高到125K。
从19 86－1987年的短短一年多的时间里，临界超导温度提高了近100K。
2001年，二硼化镁(MgB2)被发现其超导临界温度达到39K [1]。
此化合物的发现，打破了非铜氧化物超导体(non-cuprate superconductor)的临界温度纪录。
1990至2000年代，具ZrCuAsSi结构的稀土过渡金属氮磷族化合物(rare-earth tran sition-metal oxypnictide, ReTmPnO)陆续被发现[2] [3]。
超导体的物理特性及发展现状
超导体的物理特性及发展现状超导体，大家都不陌生。
从磁悬浮列车到MRI医疗设备，从量子计算机到磁共振成像，超导现象已经渗透到了我们生活的许多方面。
那么，什么是超导体？它有什么物理特性？又是如何发展至今的呢？一、什么是超导体？超导体是指在一定温度（也称临界温度Tc）下具有零电阻和完全电流输运的物质。
它的起源与研究可以追溯到1911年，当时荷兰物理学家海克·坎佩纳发现了汞在接近绝对零度时的超导现象。
现如今，已经发现了许多种超导体，如铜氧化物、铁基超导体等，这些超导体的Tc已经大大提高，对科研和工业的贡献也越来越大。
二、超导体的物理特性1. 零电阻超导体的最显著特性是零电阻，也就是电流可以在其中自由地流动，没有任何阻力和能量的损失。
对于电源来说，将其接入超导体相当于将电源的能量完全输送给了电路中的载流子。
这个特性对发电、输电系统等有着极大的意义，可以降低能量损失，减少发电和输电的成本。
2. 零磁阻超导物理学还有一个独特的现象称为迈森效应，也即零磁阻。
当超导体受到正常磁场时，它内部会发生平面电流，这个平面电流产生的磁场与外部正常磁场产生的磁场相抵消，从而达到了零磁阻的状态。
这个现象也是超导体在磁共振成像中得以应用的原因。
3. 共振状态超导体还有着一种共振状态，称为“密度波相”或“布洛赫相”。
这种状态的特点是相邻的原子不再是定位的，而是像波浪一样在空间中相互穿插。
这些波浪被称为电子密度波，它们的波长在晶体中是有序排列的。
在共振状态下，电子密度波会发生相互作用，借此来形成新的电子状态。
这种状态将超导体的电阻率降至零，从而实现了零电阻的状态。
三、超导体的今天和未来目前，超导体已经在许多领域得到了广泛的应用，如磁共振成像医疗设备、磁悬浮列车、量子计算机等。
同时，超导材料也在不断地研究开发中，追求更高的Tc和更好的性能。
铜氧化物超导体是最早开发成功的高温超导材料，它的Tc已由20K提高至135K以上；铁基超导体也在不断地研究中，不仅Tc高达55K，同时也具有相对较易制备的优点。
有机导体和超导体简介与理论
B.光化学偶合 在六丁基二锡、三乙胺、三烷基磷酸 酯等的存在下，硫酮及其它许多衍生 物，在室温下，都可经紫外光辐射而 偶合为四硫代富瓦烯的衍生物
有机导体与超导体 简介和理论
R1
S
h
Y
R1
S
S R1
Bu3SnSnBu3
or Et3N or (RO)3P
R1
S
S
R1
S R1
h
*
R1
S
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S
SnBu3
有机导体与超导体简介和理论
有机导体与超导体简介和理论
2.1 引 言
迄今为止，有机超导体的数量已经达 到40多个；主要有三类：
★ 电荷转移复合物；
★ C60掺杂； ★ 氧化聚丙烯
有机导体与超导体 简介和理论
第一类：电荷转移复合物
巳发现的40多种有机超导体中，大部 分属于由电荷给体(D)和电荷受体(A) 结合而成的电荷转移复合物(Charge Transfer Complex,简写为：CTC)， 而且大多是准二维或三维结构
有机导体与超导体 简介和理论
X
X
X
X
X=S: TTT X=Se: TSeT
有机导体与超导体 简介和理论
S S
S S
S S
S S
C6S8
有机导体与超导体 简介和理论
YX
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X
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物理学中的超导体研究
物理学中的超导体研究超导体是指某些物质在低温下具有零电阻的特性，是物理学中的一个重要研究领域，在材料科学、能源技术等领域具有广泛的应用价值。
本文将从超导体的基本概念、超导体的研究历程、超导体的应用及未来发展等方面进行探讨。
一、超导体的基本概念超导体的本质是指当某些物质在低温情况下，电阻变为零，电流可以在物质内部自由流动，这种现象被称为超导。
在超导状态下，电子通过物质时不会受到任何散射，电流可以持续不断地流动，而且不会发生任何热量损失。
超导体的超导性质是由超导电子对所形成的凝胶态波动所引起的，这些波动在一定范围内保持稳定并独立于温度变化。
超导体的超导温度是指材料开始呈现超导现象的温度，具有超导性质的物质一般都需要在极低的温度下工作，比如液氦的沸点-269°C以下，但是有些特殊的材料可以在室温下呈现超导态。
二、超导体的研究历程超导现象最早于1911年被荷兰物理学家Kamerlingh Onnes首次发现，他利用液化氦制造的低温环境下观察到了汞的超导现象。
这是超导领域的开创性突破，也是固体物理学研究的重要里程碑之一。
20世纪40年代至50年代，科学家们陆续发现了铝、铅、锡等新的超导材料，超导属性温度不断提高。
20世纪60年代至70年代，法籍华人蒋英成等人发现了重要的Y-Ba-Cu-O超导材料，开创了高温超导研究的新时代。
80年代至90年代，科学家们开展了新一轮材料开发，发现了多种高温超导材料，光谱学、电子显微学等技术也得到广泛应用。
21世纪以来，研究表明FeAs（铁基）超导材料和BaHfNbO（铁电高温超导材料）的超导温度可达到高于50K的水平，这为实现高温超导提供了新的机遇。
三、超导体的应用超导体不仅具备零电阻、高电流密度、高磁场性能和大变形能力等优良特性，还可以在强磁场、高频数下使用，因此具有广泛的应用前景。
1. 磁共振成像：超导磁体可以用来产生强磁场，应用于高清晰度的磁共振成像（MRI）技术，以诊断人体疾病和观察神经系统的活动。
超导体分类
超导体分类
超导体是一种在低温下表现出超导性质的物质。
根据超导体的不同特性和组成，可以将其分为以下几类：
1. Type I超导体：这种超导体的超导转变温度相对较低，一般在4K以下。
其超导性质较为脆弱，对外界磁场较为敏感，容易被磁场破坏。
常见的Type I超导体有汞(Hg)、铅(Pb)等。
2. Type II超导体：这种超导体的超导转变温度相对较高，一般在10K以上。
其超导性质较为强大，对外界磁场的抵抗能力较好。
常见的Type II超导体有铜氧化物(CuO)、氧化钇钡铜(YBa2Cu3O7)等。
3. 低温超导体：这种超导体的超导转变温度一般在10K以下。
其超导性质较为稳定，对外界磁场较为敏感。
常见的低温超导体有铝(Al)、铁(Fe)等。
4. 高温超导体：这种超导体的超导转变温度一般在20K以上，可以达到室温以下。
其超导性质较为强大，对外界磁场的抵抗能力较好。
常见的高温超导体有铜氧化物(CuO)、铁基超导体(Fe-based superconductors)等。
5. 有机超导体：这种超导体是一种有机分子化合物，其超导性质主要依赖于其分子结构。
其超导转变温度一般在20K以下。
常见的有机超导体有TTF-TCNQ、BEDT-TTF等。
6. 复合超导体：这种超导体是由两种或多种材料组成的混合物，其超导性质是由各组分的共同作用而产生的。
常见的复合超导体有氧
化铜-铜(CuO-Cu)、氧化铜-钇(YBa2Cu3O7)等。
以上是超导体的主要分类，不同类别的超导体有不同的物理特性和应用场景。
超导体
：利用 超导材料的抗磁性，将超导 材料放在一块永久磁体的上 方，由于磁体的磁力线不能 穿过超导体，磁体和超导体 之间会产生排斥力，使超导 体悬浮在磁体上方。利用这 种磁悬浮效应可以制作高速 超导磁悬浮列车。
超导电机1.超导汽轮发来自机:励磁绕组用超导线(铌钛Nb-Ti合金线或铌三锡Nb3Sn)绕制。选用的电流密度高达传统常规绕
组的几十倍。电机的磁通气隙密度取得很高，大大超过了铁磁材料（硅钢片等）的饱和点。因而发电机重量大幅度下降 ，提高了发电机的电磁功率的最大值，使电机可以应付更大的功率突变，这有利于电机并网运行时的稳定性。目前因强 磁场、大电流密度的交流超导材料尚未过关,所以只能在直流励磁绕组中采用超导线,而交流电枢绕组则仍用常规导线（铜 线）。转子超导励磁绕组浸于旋转的低温液氦容器中，由多层转轴的内层输送液态氦，以冷却励磁绕组。蒸发后的气态 氦从多层转轴的夹层流出。为了避免外界热量的侵入，在旋转低温容器的外壳以及多层转轴的层间均设有真空隔热夹层 。整套低温系统严格密封。在转子外层还装有用金属材料制成的电阻尼屏，以屏蔽定子谐波磁场及发电机在三相不对称 运行时的负序磁场进入超导励磁绕组，避免超导材料失去超导性。
超导体
——韩彪&赵越 1627121 & 1627114
目录
超导体（英文名：superconductor），又称为超导材料，指在某一温度 下，电阻为零的导体。在实验中，若导体电阻的测量值低于10-25Ω，可以认为 电阻为零。
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超导体的发现 超导体的分类 超导体的特性 超导体的应用
超导体的发现
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Many Ways
超导体的应用
有机超导概述
有机超导简介————书面报告报告人：李琨琨潘伯津研究单位：物理所指导老师：周玉琴日期：2013-12-4摘要超导电性自1911年首次发现以来，因为其科学价值和应用前景而倍受人们的关注。
时至今日，铜基超导体材料与铁基超导体材料是最受人们关注的两大高温超导体系。
但是有机超导材料作为一种具有很大发展前景的高温超导的材料，却由于其历史发展的一些原因并未受到足够的重视。
本报告将对有机超导的发展历史，以及目前有机超导的一些分类做一个简要的介绍，最后对报告做一个总结。
本报告主要内容如下：第一部分引出主题；第二部分介绍一下有机超导的发展，并对有机超导机制做一个较为详细的解释；第三部分将介绍一下有机超导的分类，并进行一个较为详细的介绍；第四部分介绍一些与室温超导有关的现象；最后对报告做一个总结。
关键字：有机超导 Little模型电荷转移复合物 C60聚丙烯室温超导ABSTRACTSince superconducting material was found for the first time in 1911, it has attracted people’s attention because of its value of science and application prospect. Up to now, the copper-based superconductors and iron-based superconductors are two high temperature superconducting systems which draw the highest attention of people. However, organic superconductors, which has great prospects for the development of high-temperature superconducting materials, has not been given sufficient attention for some historical reason. This report will introduce the history of the organic superconductor, as well as some current classification of the organic superconductors. At last a summary of the final report will be given. The main contents of this report are as follows:The first part leads to the theme;The second part briefly introduces the development of organic superconductivity, and a detailed explanation will be given to organic superconductivity mechanism;The third part will have a detailed description of the classification of organic superconductors;The fourth section describes some of the phenomena associated withsuperconductivity at room temperature;At last there will be a summary of the report.KEY WORDS: organic superconductor; Little model; Charge-transfer complexes; C60; Polypropylene; Room-temperature superconductor目录摘要 (I)ABSTRACT ............................................................................................... I I一、引言 (1)二、有机超导的发展 (2)1、电荷转移复合物 (4)2、掺杂C60 (6)3、聚合物 (7)四、室温超导 (8)1、预测的室温超导体 (8)2、超导转变迹象 (8)总结 (10)参考文献 (11)一、引言自超导电性首次被探测以来，越来越多的超导材料被发现。
超导体 原理
超导体原理超导体原理超导体是指在低温度下，材料对电流表现出零电阻和磁通完全抵消的现象。
这种材料叫做超导体。
超导体的原理是在低温下通过减少材料表现出的热运动和振动，从而使电子和原子在晶格间的相互作用更强，电子能量更低，进而达到导电零电阻的状态。
超导体在物理学中的发现是一个伟大的突破，它由荷兰物理学家海克·卡马林克在1911年得出。
随着时间的推移，许多人都在此领域做出了重要的贡献，例如德国物理学家鲁道夫•贝利，美国物理学家理查德•费曼，日本物理学家井上修等等。
同时，超导技术已经被广泛应用于医疗、能源、电子科技以及信息科学等不同领域。
那么，超导体原理是什么呢？首先，我们需要了解几个关键的概念：电阻、电流和磁通。
电阻是电流通过导体时遇到的阻碍，电流是电子在导体内移动而产生的运动，磁通是指通过一个牢固的介质时产生的磁场。
原理就在于材料的电子在超导时波动减少到了极限，而来自外部的磁通会遭到强烈的抵制，那么通常需要超过一定的磁场强度，这个强度被称为超导临界态。
当电子在这种超导状态时，它们形成了一种类似于惯性的状态，不会停止运动仅仅是由于缺乏导致电子运动的一些力。
如何突破这个界限呢？超导是一种物理现象，它是通过在特定的材料中降低运动摩擦和摩擦所产生的碰撞的温度极低，这样就可以在材料内的电子之间产生一定程度的量子力的相互影响，而这种力具有导电性能，从而使电子越来越容易在材料内传递。
这使得材料内的电子能够形成某种“团结”形成零阻力导电。
具体来说，超导体的原理就是通过降低材料内电子运动的能量（例如将材料冷却到低温），从而减少材料内电子的摩擦、碰撞和散布，同时也能增加电子和原子的相互作用力，使电子能够稳定地在导体中流动，从而减少电阻和能源消耗。
这是一种特殊的量子态，因此只有在极低温度下才能表现出高超导性能，这就为制造超导器件带来了一定的实际难度。
总而言之，超导体原理是通过材料内电子间的强相互作用，在低温状态下使得电子处于商品超导状态，进而导致零电阻和强磁场抵消的独特现象。
超导体的基本原理及应用
超导体的基本原理及应用超导体是一种在一定的条件下能够表现出完全的电阻为零的性质的材料，这种材料可以产生强大的磁场，并且能够有效地传输电能。
超导体的基本原理是由于材料内部的电子在低温条件下，能够在材料内部形成一种超导状态，这种状态下，电子会形成电子对，从而减少电子自身的散射，使得电子能够更好地在材料内部传导，从而表现出完全的电阻为零的性质。
超导体已经得到了广泛的研究和应用，包括在磁共振成像、能量传输和量子计算等方面。
超导体的基本原理超导体的基本原理是由于材料内部的电子在低温条件下，能够形成一个电子对，从而产生一种超导状态，这种状态下，电子能够更好地在材料内部传导，从而表现出完全的电阻为零的性质。
这种超导状态下的电子受到的阻力非常小，因此能够产生非常强大的磁场。
超导材料通常需要在非常低的温度下才能表现出超导特性，例如常用的银（Tc=0.94K），铜（Tc=1.02K），镉（Tc=0.56K），铅（Tc=7.18K）等材料，需要在液氦的温度（4K）以下才能表现出超导特性。
在低温条件下，电子对不断地在材料内部移动，形成了一个不可逆的电流环，这种电流环会产生一个相应的磁场，这种磁场可以通过放置一个外部磁体来寻找。
超导体的应用超导体已经得到了广泛的应用，在磁共振成像、能量传输和量子计算等方面都有重要的应用。
1. 磁共振成像磁共振成像是一种通过扫描方法来获取人体内部结构的医学技术。
在这种技术中，利用一个非常强大的磁场来对人体内部的水分子进行定向，然后利用射频来观察这些水分子的旋转。
这种技术需要使用超导体来产生强大的磁场，以便能够对人体内部进行精确定位。
2. 能量传输超导体的完全电阻为零的性质可以让电流在其内部传输变得非常有效率。
因此，超导体可以用来进行能量传输，例如用于输电线路中。
利用超导体可以使得电能的传输损失减少到最低，从而提高电能的传输效率。
3. 量子计算超导体可以用于量子计算，这是一种比传统计算机更快更强大的计算机。
一维聚合物有机超导体
一维聚合物有机超导体
一维聚合物有机超导体是指由有机分子构成的聚合物材料，在一维方向上具有超导性质的材料。
这些材料通常由堆积在一维链状结构中的有机分子组成，它们之间通过电子的跃迁或者超导电子对的形成来传递电荷和导电。
一维聚合物有机超导体具有一些特殊的性质和应用潜力。
首先，它们通常具有较高的超导转变温度，这是有机材料中较高温度超导性的特殊之处。
其次，由于一维链状结构的存在，这些材料具有显著的电子相关性，即电子在它们之间的相互作用很强，从而产生一些奇特的量子现象，如费米液体、Mott绝缘相、
强关联效应等。
这些特点使得一维聚合物有机超导体在能源转换、超导电子器件、量子计算等领域具有潜在的应用前景。
例如，它们可以用于制造高温超导电缆、高性能超导电感、量子比特等器件，以及用于能量捕获和储存的太阳能电池等。
然而，尽管一维聚合物有机超导体在理论上具有广阔的应用前景，但目前仍存在一些挑战和限制。
其中包括材料的制备和稳定性问题、超导性能的提高和调控、结构与性能之间的关系等方面。
因此，目前对于一维聚合物有机超导体的研究仍处于起步阶段，需要进一步深入的理论和实验研究。
超导体原理与应用
超导体原理与应用超导体是一种在低温下具有零电阻和完全排斥磁场的特殊材料。
它的发现和应用给科学技术领域带来了革命性的变革。
本文将介绍超导体的原理、分类以及广泛应用的领域。
一、超导体的基本原理超导体的本质是一种在超低温下电阻为零的材料。
这一奇特的现象是由超导体内部电子和晶格之间的协同作用所导致的。
在超低温下，电子可以按照库珀对的形式，成对地运动，形成一种称为“库珀对”的量子态。
这些库珀对能够无耗散地传输电流，所以在超导体中电阻为零。
此外，超导体能够排斥磁场进入其内部，形成所谓的迈斯纳效应，这是超导体的又一个重要特性。
二、超导体的分类根据超导体的临界温度，我们可以将其分为高温超导体和低温超导体两类。
1. 高温超导体高温超导体是指临界温度高于液氮沸点（77K）的超导材料。
迄今为止，最高临界温度的高温超导体是铜氧化物系列材料。
高温超导体的发现极大地推进了超导技术的发展，使其应用范围得以进一步扩大。
2. 低温超导体低温超导体是指临界温度低于液氮沸点的超导材料，例如铅、铟等金属。
低温超导体普遍具有较高的超导电流密度和较好的超导稳定性，因此在一些特定领域仍然得到广泛应用。
三、超导体的应用超导体的独特性质使其在多个领域得到了广泛应用。
1. 磁共振成像（MRI）MRI是一种使用磁共振原理生成人体内部器官影像的检查技术。
超导体在MRI中起到了关键作用，通过超导体制成的磁体产生强大的磁场，用于激发和检测人体组织中的核自旋信号，进而生成高清晰度的影像。
2. 磁悬浮交通磁悬浮交通是一种基于超导体磁浮原理的先进交通方式。
超导体制成的磁轨能够产生高强度的磁场，使列车悬浮在轨道上，并通过超导体材料的零电阻特性，实现高速无摩擦运行。
磁悬浮交通具有速度快、安全性高等优点，被认为是未来城市交通的发展趋势。
3. 能源传输与储存超导体的低电阻特性使其成为电能传输与储存的理想材料。
采用超导材料制成的超导电缆，可以在长距离输电中减少能量损耗。
第五章 超导体
5.3.5 超导体的应用
过去在供电线路上启动一个大的常规电磁体耗电过多甚至会使一个城市 的灯光变暗。利用超导磁体就没有这个问题了，一个五万高斯的中型常 规电磁体可重达20吨，而超导磁体只不过几十公斤。造成重量差别如此 悬殊的主要原因是由于超导线的载流能力比普通导线高出成百上千倍的 缘故，另外由于电阻产生热量的缘故，常规电磁体在磁场太高时，由于 大电流产生的热量也较大，会导致电线绝缘体的熔解，这就造成了一个 磁场强度最高限的问题。超导磁体发热量小，所以没有这个限制，同时 体积和质量也较小，因此有很大的优势。科学研究中用超导体制造的离 子加速器体积更小，加速效果也更好。发电机的输出容量与磁感应强度、 电枢电流密度成正比，用铜铁等制成常规电机由于受磁化电荷的饱和强 度所限，磁感应强度难以大幅增加。若采用超导材料，磁感应强度可提 高5-15倍，而载流能力可以提高10-100倍。这样超导电机的输出功率就 可以大大增加，同时电机重量也可以大大减轻。
声子 格波是量子化的，其量子称为声子.形成格 波的过程相当于电子发射出一个声子. 库珀对 传播着的正电荷区又可以吸引另一个运动 着的电子，相当于电子吸引了声子，两个电子通过 交换声子产生了间接的吸引作用. 对于某些材料， 在一定的低温条件下，交换声子的两个电子可以束 缚在一起形成一个电子对，称为库珀对.
不久，昂尼斯又发现了其他几种金属也可进入“超
导态”，如锡和铅。锡的转变 温度为3.8K，铅的 转变温度为6K。由于这两种金属的易加工特性， 就可以在无电阻状 态下进行种种电子学试验。此 后，人们对金属元素进行试验，发现铍、钛、锌、 镓、 锆、铝、锘等24种元素是超导体。从此，超 导体的研究进入了一个崭新的阶段。
S
S
N
注：S表示超导态 N表示正常态
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设想有两个电子 1 和 2 ，在彼此靠得很近处通 过，由于电子 1 带负电，由于屏蔽作用，电子 2 感 受不到电子1的排斥作用，相反，等效地感受到的 是吸引作用，当两个电子间引力作用大于库仑作 用时形成库珀对。
库珀电子对的形成也可表述如下： 自由电子在晶体点阵中运动时， 畸变可以像波 一样传播，称为格波，对应的格波的能量子叫声子。
当温度低于临界温度时，会有更多的库珀对形成，当 温度逐渐升高，这些库珀对会逐渐解体，直到大于临 界温度时，所有的库珀对解体。 关于库珀对的成因，对于低温超导性现在已经公认为 是晶格振动的贡献，对于高温超导电性，现在还有许 多问题有待解释。下面给出低温超导体中库珀对的成 因。
库珀电子对的形成
电子在晶格中运动时，它把近邻的正离子吸向 自己使得电子被正离子包围起来，这称为电子的离 子屏蔽。
C60有机超导体的超导转变记录不断更新：
1991.4. A.F.Hebard, A.R.Kortan K3-C60 Tc=18K; 1991.5. Rb-C60 Tc=28K; Cs-Rb-C60 Tc=33K; 1992.9. I2-C60 Tc=57K 科学家预言：当富勒烯的碳 原子数增加8倍，将会实现 室温超导，由此对未来世界 的各个领域产生不可估量的 影响。
பைடு நூலகம்
1970年，科学家发 现类金属的无机聚 合物聚硫氰(SN)x具 有超导性
富勒烯族有机超导体
C60:“球烯”、“富氏球” 、“巴基球”、“富勒 烯 由60个碳原子组成的全碳分子，原子之间共价键 连接，构成由12个五边形，20个六边形组成的 球面结构。C60分子像是半径约5Å，可想象为刺 猬状，轨道沿所有方向呈辐射状伸出。最低的 能级轨道，易接受6个电子，当掺入金属后， C60从金属得到电子而形成电荷转移复合物盐。
高分子科学领域中下一个 诺贝尔奖会是谁呢？
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研究表明，组成库珀对的两个电子的平均距离约 为10-6 m ，而晶格的晶格间距约为10-10 m ，即库珀对 在晶体要伸展到几千个原子的范围。 库珀对是作为整体与晶格作用的，库珀对的行为 就像一个松散结合的大分子 ，它们在空间延伸的范围 远大于晶格常数。成千上万个库珀对相互交叠，使电 子系统获得某种“整体刚性”，它们能克服个别散射 事件造成的阻力，而产生零电阻现象。
超导态概述
1911年，荷兰物理学家昂尼(H.Kammerlingh-Onnes) 发现在4.2K附近，汞的电阻突然降为零，昂尼斯猜测 超导材料处于一种新的状态，他把这种状态叫超导态， 具有超导电性的材料叫超导体。超导体电阻降为零的 温度称为转变温度或临界温度Tc
昂尼斯因这一现象 的发现于1913年,获诺贝 尔物理学奖 o
有机超导体 (Superconductor)
1911年，荷兰物理学家翁纳斯发现：-273.15C, 水银的电阻突然消失； 1962年，约瑟夫森发现：当两块超导体被一层很 薄的绝缘层隔开时，由于超导的作用，电子不会 被该绝缘层阻隔，绝缘层两侧的电压为零 “超 导隧道效应”； 1986年，陶瓷超导体，Tc 35K； 1987年，钇-钡-铜氧化物， Tc 93K；
有机超导理论研究现状
BCS理论
超导电性的微观理论是由巴丁(J. Bardeen)、 库珀(L.V.Cooer)和施里佛（J.R.Schrieffer )在1957 年提出的，简称BCS理论，为此他们三人共获1972 年诺贝尔物理学奖。
现在考虑这样一种情况：设想有两个电子， 它们的运动方向相反，但存在相互吸引作用，由 于吸引作用它们被束缚在一起，形成电子对，称 这样的电子对为库珀对。
Tc
T
超导的基本现象
从有限电阻状态（正常态）向零电阻（超导态） 的过渡； 外磁场不能穿透超导体（迈斯纳效应）； 在临界温度(Tc)会发生某些性质的突变： 比热、热电动势、霍耳效应、红外吸收 超导性的确定和表征 静压下临界物理参数：临界温度、临界磁场、 临界电流；
1933年，两位德国物理学家迈斯纳(W. F. Meissner) 和奥赫森菲尔德 (R. Ochsenfeld) 发现，对于超导体，当 从正常态变到超导态后，原来穿过超导体的磁通被完 全排出到超导体外，在超导体内磁感应强度为零，称 这一现象为迈斯纳效应。
90年代日本超导磁悬浮技术处于领先地位，磁悬浮 列车（500 kM/h）； 1997年，70兆瓦超导发电机组成功发电，该发电机 的超导线圈能产生4特斯拉的强磁场，内部储有液 氦（-269 C）以保持线圈的超导状态。 1980年，丹麦，K.Bechgaard D.Jerome发现第一 个有机超导体； 1993年，俄国，Grigorov，在经过氧化的聚丙烯体 系中发现了从室温到700K都呈超导性的有机超导体
电子 - 晶格相互作用也称为电 - 声相互作用，其 本质是电子的运动会引起晶格振动。 形成格波的过程相当于电子发射声子，把能量 传递给电子, 相当于电子吸收声子
电子A发射的声子被电子B吸收，两电子交换 一个声子，使两电子间产生了间接的相互吸引作用 电子A 声 子
电子A
声子
电子B
最后形成库珀对
1957年，Bardeen、Cooper、Schrieffer在处理金 属低温超导现象所提出的模型获得了极大成功（BCS 理论）：超导电与晶格振动（声子phonon）有关， 超导的本质是被声子所诱发的电子克服了库仑排斥力 而出现相互吸引，形成Cooper对。 BCS理论的Tc公 式可以很好地解释和预言金属低温超导现象，理论值 与实验值相当吻合。1964年，受BCS理论的启发， Little 提出了解释有机超导电性的“激子模型” (exciton model).
Little 激子模型
. . . . .
A
e
B
A 是导电高分子材料（如聚 乙炔）作为导电的主链， B是电子极化率大的侧链, (如：花青系色素分子)。当 电子沿着主链运动到A位时， 引起B处侧基的极化，
+
-
正电荷诱导电荷分离：靠近主链处感生正电荷，这个正电荷随着传 导电流的通过而变得极大，使随之而来的第二个电子被吸引到端部 的正电荷附近，形成相互维系着的激子，结果促进了两个传导电子 间的相互吸引。这个引力如果克服了传导电子间的库仑斥力，那么 两个电子仿佛相互成对，这有利于超导电状态的形成。 显然，这个模型类似与BCS理论的以“声子”为媒介的模型。应用 激子模型对BCS理论的公式Tc做适当修改后， Little 预言有机超导 体的转变温度可提高到2000K.