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超導現象是指材料在低於某一溫度時，電阻變為0的現象，而這一溫度稱為超導轉變溫度（Tc）。超導現象的特征是零電阻和完全抗磁性。

具有在一定的低溫條件下呈現出電阻等於零以及排斥磁力線的性質的材料。現已發現有28種元素和幾千種合金和化合物可以成為超導體。
　 　特性 　超導材料和常規導電材料的性能有很大的不同。主要有以下性能。零電阻性：超導材料處於超導態時電阻為零，能夠無損耗地傳輸電能。如果用磁場在超導環中 引發感生電流，這一電流可以毫不衰減地維持下去。這種“持續電流”已多次在實驗中觀察到。完全抗磁性：超導材料處於超導態時，只要外加磁場不超過一定 值，磁力線不能透入，超導材料內的磁場恆為零。約瑟夫森效應：兩超導材料之間有一薄絕緣層（厚度約1nm）而形成低電阻連線時，會有電子對穿過絕緣層形 成電流，而絕緣層兩側沒有電壓，即絕緣層也成了超導體。當電流超過一定值後，絕緣層兩側出現電壓U（也可加一電壓U），同時，直流電流變成高頻交流電，並 向外輻射電磁波，其頻率為，其中h為普朗克常數，e為電子電荷。這些特性構成了超導材料在科學技術領域越來越引人注目的各類套用的依據。

套用 　超導材料具有的優異特性使它從被髮現之日起，就向人類展示了誘人的套用前景。但要實際套用超導材料又受到一系列因素的制約，這首先是它的臨界引數，其次還有材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，超導材料的套用主要有：利用材料的超導電性可制作磁體，套用於電機、高能粒子加速器、磁懸浮運輸、受控熱核反應、儲能等；可制作電力電纜，用 於大容量輸電（功率可達10000MVA）；可制作通信電纜和天線，其性能優於常規材料。利用材料的完全抗磁性可制作無摩擦陀螺儀和軸承。利用約瑟夫 森效應可制作一系列精密測量儀表以及輻射探測器、微波發生器、邏輯元件等。利用約瑟夫森結作計算機的邏輯和存儲元件，其運算速度比高性能整合電路的快 10～20倍，功耗只有四分之一。
超導科學研究

1.非常規超導體磁通動力學和超導機理

主要研究混合態區域的磁通線運動的機理，不可逆線性質、起因及其與磁場和溫度的關系，臨界電流密度與磁場和溫度的依賴關系及各向異性。超導機理研究 側重於研究正常態在強磁場下的磁阻、霍爾效應、漲落效應、費米面的性質以及T

2.強磁場下的低維凝聚態特性研究

低 維性使得低維體系表現出三維體系所沒有的特性。低維不穩定性導致了多種有序相。強磁場是揭示低維凝聚態特性的有效手段。主要研究內容包括：有機鐵 磁性的結構和來源；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發的特異屬性；低維磁性材料的相變和磁相互作用；有機導體在磁 場中的輸運和載流子特性；磁場中的能帶結構和費米面特征等。

3.強磁場下的半導體材料的光、電等特性

強磁場技術對 半導體科學的發展愈益變得重要，因為在各種物理因素中，外磁場是唯一在保持晶體結構不變的情況下改變動量空間對稱性的物理因素，因而在 半導體能帶結構研究以及元激發及其互作用研究中，磁場有著特別重要的作用。通過對強磁場下半導體材料的光、電等特性開展實驗研究，可進一步理解和把握半導 體的光學、電學等物理性質，從而為制造具有各種功能的半導體器件並發展高科技作基礎性探索。

4.強磁場下極微細尺度中的物理問題

極 微細尺度體系中出現許多常規材料不具備的新現象和奇異特性，這與這類材料的微結構特別是電子結構密切相關。強磁場為研究極微細尺度體系的電子態和 輸運特性提供強有力的手段，不但能進一步揭示這類材料在常規條件下難以出現的奇異現象，而且為在更深層次下認識其物理特性提供豐富的科學訊息。主要研究強 磁場下極微細尺度金屬、半導體等的電子輸運、電子局域和關聯特性；量子尺寸效應、量子限域效應、小尺寸效應和表面、界面效應；以及極微細尺度氧化物、碳化 物和氮化物的光學特性及能隙精細結構等。

5.強磁場化學

強磁場對化學反應電子自旋和核自旋的作用，可導致相應化學 鍵的松弛，造成新鍵生成的有利條件，誘發一般條件下無法實作品的物理化學變化，獲得原來無 法制備的新材料和新化合物。強磁場化學是套用基礎性很強的新領域，有一系列理論課題和廣氾套用前景。近期可開展水和有機溶劑的磁化及機理研究以及強磁場誘 發新化學反應研究等。

6.磁場下的生物學、生物－醫學研究等

磁體科學和技術

強磁場的價值在於對 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和分數量子霍耳效應的發現。這是在強磁場下研究二維電子氣 的輸運現象時發現的（獲85年諾貝爾獎）。量子霍爾效應和分數量子霍爾效應的發現激起物理學家探索其起源的熱情，並在建立電阻的自然基準，精確測定基本物 理常數e，h和精細結構常數(＝e2/h(0c等套用方面，已顯示巨大意義。高溫超導電性機理的最終揭示在很大程度上也將依賴於人們在強磁場下對高溫超導 體性能的探索。

熟悉物理學史的人都清楚，由固體物理學演化為凝聚態物理學，其重要標志就在於其研究物件的日益擴大，從周期結構延伸到 非周期結構，從三維晶體拓寬到 低維和高維，乃至分數維體系。這些新物件展示了大量新的特性和物理現象，物理機理與傳統的也大不相同。這些新物件的產生以及對新效應、新現象的解釋使得凝 聚態物理學得以不斷的豐富和發展。在此程序中，極端條件一直起著至關重要的作用，因為極端條件往往使得某些因素突出出來而同時抑制其它因素，從而使原本很 復雜的程序變得較為簡單，有利於直接了解物理本質。

相對於其它極端條件，強磁場有其自身的特色。強磁場的作用是改變一個系統的物理狀 態，即改變角動量（自旋）和帶電粒子的軌道運動，因此，也就改變了 物理系統的狀態。正是在這點上，強磁場不同於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，它們沒有改變所研究系統的物理狀態。磁場可以產生新 的物理環境，並導致新的特性，而這種新的物理環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，如超導電性和相變，但強磁場極不同於 低溫，它比低溫更有效，這是因為磁場使帶電的和磁性粒子的遠動和能量量子化，並破壞時間反演對稱性，使它們具有更獨特的性質。

強磁場 可以在保持晶體結構不變的情況下改變動量空間的對稱性，這對固體的能帶結構以及元激發及其互作用等研究是非常重要的。固體復雜的費米面結構正 是利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驗證的。固體中的費米面結構及特征研究一直是凝聚態物理學領域 中的前沿課題。當今凝聚態物理基礎研究的許多重大熱點都離不開強磁場這一極端條件，甚至很多是以強磁場下的研究作為基礎。如波色凝聚只發生在動量空間，要 在實空間中觀察到此現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、量子霍爾效應研究、納米材料和介觀物體中的物理問題、巨磁阻效應的物 理起因、有機鐵磁性的結構和來源、有機（包括富勒烯〕超導體的機理和磁性、低維磁性材料的相變和磁相互作用、固體中的能帶結構和費米面特征以及元激發及其 互作用研究等等，強磁場下的研究工作將有助於對這些問題的正確認識和揭示，從而促進凝聚態物理學的進一步發展和完善。

帶電粒子象電子、離子等以及某些極性分子的運動在磁場特別是在強磁場中會產生根本性變化。因此，研究強磁場對化學反應程序、表面催化程序、材料特別 是磁性材料的生成程序、生物效應以及液晶的生成程序等的影響，有可能取得新的發現，產生交叉學科的新課題。強磁場套用於材料科學為新的功能材料的開發另闢 新徑，這方面的工作在國外備受重視，在國內也開始有所要求。高溫超導體也正是因為在未來的強電領域中蘊藏著不可估量的套用前景才引起科技界乃至各國政府的 高度重視。因此，強磁場下的物理、化學等研究，無論是從基礎研究的角度還是從套用角度考慮都具有非常重要的科學和技術上的意義，通過這一研究，不僅有助於 將當代的基礎性研究向更深層次開拓，而且還會對國民經濟的發展起著重要的推動作用。

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