高温超导材料应用的新问题

磁通线格子对超导材料应用的影响

杨欣

（华中科技大学电气学院 电气0905班，湖北 武汉 430074）

摘要：本文阐述了高温超导材料中磁通线在电流通过时会感受到推力，相当于一种能量损耗，从而导致电阻出现这一问题，结合国际前沿研究成果讨论了可能的解决办法，并对应用前景有所展望。 关键词：高温超导材料；磁通线格子；玻璃态

当高温超导材料出现时，人们的注意力集中于高的临界温度,，认为材料有可能在

液氮温度(77K) 得到应用，不需要使用不便且昂贵的液体氦，前景似乎很美妙，事实上，对实际应用言，更重要的是临界电流密度

J c 。科学家们为提高J

c

而努力，在薄膜

材料中得到了很大的成功，

J c 在液氮温度

可达cm A 2

5

/10，足以满足大多数电子学方面应用的要求。体材料却相反，最高的

J

c

值也要比上述结果小100多倍。科学家们发现在提高J c 方面面临着复杂困难的局面。这主要来源于磁通线格子的行为。 早在60年代，人们就发现当电流通过时，超导体中的磁通线会感受到推力，如果磁通线被推动，这相当于一种能量损耗，会导致电阻的出现。这是人们所不希望的，对于传统的低温超导体，由于磁通线被材料中的缺陷等所钉扎，这种电阻可忽略，当然热扰动引起的磁通线跳跃（称做磁通蠕动）仍然存在，但所产生的电阻同样小到难于测量。

对于新的高温超导材料，情况十分不同，由于内部结构的关系，磁通线跳过势垒所需能量要小得多；同时，由于工作在更高的温度，有更多的热运动能来推动磁通线，这导致所谓的“巨磁通跳跃”，会使处在磁场中的超导体的内部产生可测量的电阻，人们还发现，磁通线格子在某一个温度下可能

会熔化，磁通线可自由运动，超导休不再是电阻为零的导体。对传统的低温超导体，熔化温度远高于临界温度，从而不被人们所注意。对O

Cu YBa

7

3

2

（K T c 93 ）熔

化温度约为75K ，对Bi 和T1系超导材料，熔化温度约为30K ，远低于超导转变的临界温度，不太适合于在液氮温度下应用。看来只能用T c 相对低一些的Y 系材料，尽管它更难千达到商业应用的要求。

目前传统超导材料销售量的一半用于制作核磁共振成象技术中的超导磁体。这种应用要求磁体中电流十分稳定。高温超导体中磁通线的运动会导致电流的衰减，妨碍用于这一技术中。

高温超导材料发现以来，人们还希望能发现在室温下工作，不要致冷的新材料。磁通格子运动的研究结果表明，也许这种愿望永远也不能实现。T c 的增加似乎总伴随着磁通线钉扎的减弱，即使得到室温超导休，也许也没有任何的无阻载流能力。

假如能找到钉扎磁通线格子的方法，也许还有希望。有些科学家相信，他们已得到一些线索。IBM 研究中心的Fisher 认为，如果材料中有足够多的钉扎中心，磁通线将无规分布形成磁通玻璃态从而被钉扎住，或至少磁通线运动的速率不会比例于通过的电流，贝尔通讯研究所的Gregory 等人做了一些很灵敏的机械振动实验，认为结果强有力地支持超导薄膜中存在磁通玻璃态的观点，磁通线有可能扭绞在一起，从而较少的缺陷就可把磁通格子钉扎住。如果真是这样，人们只要知道如何引进恰当数量和种类的缺陷就行了。至今还没有人确切地知道哪一类缺陷起钉扎作用。这是一个新的研究领域。 看来，高温超导材料的商业应用将是一个漫长的过程，也许并非不可能,，只是极

为困难而已。

参考文献

[1] Science，1989,（244）：914-915.