高温超导体的发现

1986年1月，瑞士物理学家卡尔·亚历克斯·米勒和他的德国合作者约翰尼斯·格奥尔·贝德诺尔茨宣布，他们发现了一种不寻常的高转变材料，这种陶瓷氧化金属材料在一定的温度下(-196℃)就会失去电子阻力达到超导状态。米勒和贝德诺尔茨因此获得了诺贝尔物理学奖。

高温超导陶瓷化金属材料的出现，使人们第一次可在液氮温区应用超导材料，从而引起了科学界的高度重视，成为20世纪80年代最重大的科技成果被载入史册，同时也促进了科学家们开始思考“室温超导体是否存在”的问题。

超导性是物质处于特殊状态下的导电行为，即物质在某一温度下，电子输运过程中不存在任何电阻，这个温度就被称为“转变温度”。很显然，如果将物质的这种性能应用于人类社会生活，将会在电子、发电、制造领域产生一系列革命性的成果。自1911年荷兰物理学家海克·卡曼林·昂尼斯首次发现汞在4.2K(-268.8℃)下出现超导性能后，科学家们一直在致力于探索高临界温度的超导材料。但在发现物质具有超导性以后的最初20多年时间里，由于科学家们家们始终把目光锁定在金属材料中，以致一直没有找到临界温度能超过最初发现的超导体。直到1930年，科学家发现一种化合物——氧化铝在15K的温度下能产生超导性后，豁然开悟：原来化合物的起始转变温度要高于所有元素。在此后50多年的时间里，一系列具有超导性的化合物被陆续发现，一些金属及合金的超导性能也相继被发现。

在寻找高温超导体的同时，科学家试图对物质的这种特性做出理论解释。早在1935年，物理学家伦敦就提出应基于量子理论来解释物质的超导现象。他的理论预言之一就是通过一个超导环的磁通量应是量子化的。这一预防在1962年被实验所证实，不过一些数据进行了修正。1957年，美国伊利诺斯大学的库柏教授和美国物理学家巴丁·施里弗共同提出了电子相互作用会形成所谓“Copper”电子对，并以此来阐明为什么会出现超导现象。他们关于超导的这一微观理论被称为BCS理论，它成功地推论出大多数超导体的许多性质。三位科学家因此荣获了1972年诺贝尔奖。

以后，科学家们在BCS理论的基础上又发展出了超导强耦合理论，从而解决了BCS理论与实验不符的矛盾。科学家还曾经试图用BCS理论来预测超导温度能否大幅度提高，不过大部分结论都是否定的。因而对新超导机制的设想不断涌现，对新体系的探索不断展开，其中，有机超导体的探索更是成为讨论的热点。

到了1986年，米勒和贝德诺尔茨终于打破了寻找高温超导体的僵局：他们不仅首次使物质的超导转变温度超过30K达到了35K，而且成为大量发现高温超导体的第一例，真正向世人展示了超导体广泛应用的美好前景。1987年，美国科学家保罗·楚发现了另一种起始转变温度在-179℃的陶瓷材料。随后的发现便一发不可收拾，90K、110K、125K、135K……超导转变温度的纪录不断被刷新。此时，BCS理论就较难用于解释高温超导电性了，人类对高温超导的机制研究还有待发展。

由于绝大多数的有机化合物都是绝缘体，所以长期以来，在人们的观念中不会把超导性和有机固体联系起来。事实上，自1972年第一个具有金属电导性的有机晶体问世后，科学家又进入了对有机导体的研究阶段。在1979年，巴黎大学和哥本哈根大学的两位科学家合作发现了第一个有机超导体，转变温度为0.9K，它是电荷转移盐类的有机单晶。这个发现结束了人们关于有机超导体是否存在的疑虑，大大促进了有机超导体研究工作的发展。到目前为止，科学家们已经发现了40多种电荷转移盐类的超导体，最高转变温度也已超过了30K。

高温超导体的发现，为超导材料的广泛应用开辟了广阔前景。科学家们相信，它在研制高性能电脑、聚变反应堆、发电站及电动机等领域将会产生巨大的效益。事实上，到20世纪末，采用超导技术建造的超导发电站已经在安装之中了。