超導(dǎo)體，顧名思義就是通電流后沒有能量耗散 的導(dǎo)體) 它是由于大量配對(duì)電子凝結(jié)到一個(gè)“步調(diào) 一致”的相干態(tài)后，其運(yùn)動(dòng)不受晶格散射的結(jié)果) 1911 年，荷蘭的科學(xué)家 O00es 發(fā)現(xiàn)水銀的超導(dǎo)現(xiàn)象 后，人們一直期望能找到室溫超導(dǎo)體，這是人們長(zhǎng)期 以來的夢(mèng)想) 人們?cè)陔S后七十余年的歲月中，只將轉(zhuǎn)變溫度提高到 23K（約零下 250攝氏度）.1986年底，瑞士研究人員首先在原來不曾想到的氧化物中找到了轉(zhuǎn)變溫度為30K以上的超導(dǎo)體，在世界上掀起了一場(chǎng)對(duì)高溫超導(dǎo)電性的追逐。不久，中國科學(xué)家就獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)了液氮溫度（77.3K) 以上的超導(dǎo)體。 目前氧化物超導(dǎo)體的轉(zhuǎn)變溫度已經(jīng)高達(dá)130多 K（ 高壓下可達(dá)160K），在某些方面的應(yīng)用已經(jīng) 嶄露頭角) 另外氧化物超導(dǎo)體的超導(dǎo)機(jī)制也是擺在 凝聚態(tài)物理學(xué)家面前的最富有意義和挑戰(zhàn)性的課題 之一) 這是由于此類材料中電子之間的相互作用很 強(qiáng)，其運(yùn)動(dòng)行為似乎不能用業(yè)已成熟的固體物理的 知識(shí)來理解) 對(duì)高溫超導(dǎo)機(jī)理的理解可能會(huì)導(dǎo)致人 們對(duì)很多被稱為電子強(qiáng)關(guān)聯(lián)的一大類材料物理本質(zhì)的理解，同時(shí)在科學(xué)和技術(shù)兩個(gè)方面產(chǎn)生飛躍!
由于其自身的特點(diǎn)，氧化物超導(dǎo)體在很多方面 的應(yīng)用受到限制! 這些特點(diǎn)包括非常小的相干長(zhǎng)度 導(dǎo)致小的凝聚能和磁通釘扎能，層狀結(jié)構(gòu)導(dǎo)致磁通系統(tǒng)容易變成二維而產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，陶瓷特性使得材料容易脆裂，原材料價(jià)格比較昂貴使得應(yīng)用得成本很 高等等! 因此人們需要尋求新的超導(dǎo)體! 2001年 3月初，日本科學(xué)家報(bào)道了二元材料二硼化鎂 在 39K左右表現(xiàn)出超導(dǎo)特性.這個(gè)發(fā)現(xiàn)迅速激起了全世界范圍內(nèi)的研究熱潮! 由于在對(duì)氧化物高溫超導(dǎo)體長(zhǎng)達(dá)十余年的研究中，人們積累了豐富的經(jīng) 驗(yàn)和建立了先進(jìn)的手段，所以對(duì)二硼化鎂超導(dǎo)體性 質(zhì)的研究進(jìn)展得非常迅速! 中國科學(xué)家也以極快的 速度開展了研究，獲得了一些重要結(jié)果! 由于這個(gè)新發(fā)現(xiàn)在 2001年 3 月初才報(bào)道出來，因此在同年 3 月底舉辦的美國物理年會(huì)上（美國西雅圖），只能以特 別專場(chǎng)的形式報(bào)告這個(gè)重要發(fā)現(xiàn)以及因此引發(fā)的工 作! 來自世界各地的 60 多個(gè)報(bào)告一直從晚上8點(diǎn)持 續(xù)到凌晨1 點(diǎn)多! 來自中國科學(xué)院的科學(xué)家應(yīng)邀在 這個(gè)特別專場(chǎng)上作了兩個(gè)報(bào)告!
關(guān)于二硼化鎂超導(dǎo)體機(jī)理的研究經(jīng)歷了一波三 折的過程! 由于二硼化鎂的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度接近傳統(tǒng)電 聲耦合的上限，因此一開始很多人相信的超導(dǎo)電性可 能不是來自傳統(tǒng)的電聲耦合，而是由其他原因所致!后來，二硼化鎂中硼原子的同位素效應(yīng)實(shí)驗(yàn)演示出超 導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度對(duì)原子質(zhì)量具有明顯的依賴關(guān)系，因此 人們逐漸相信電聲耦合作用對(duì)超導(dǎo)的形成是十分重 要的! 進(jìn)一步又發(fā)現(xiàn)，對(duì)此系統(tǒng)的任何形式的摻雜只 會(huì)使超導(dǎo)溫度下降，因此人們?cè)絹碓较嘈哦鸹V超 導(dǎo)體可能只是一個(gè)眾多二元合金超導(dǎo)體中的“漏網(wǎng)之 魚”，并且人們將其超導(dǎo)完全歸結(jié)于傳統(tǒng)超導(dǎo)體BCS機(jī)理! 然而，人類的想象與自然界的客觀事實(shí)總 是有些差距，這也是促使科學(xué)家不斷更新和提高自己 認(rèn)知的動(dòng)力! 后來的理論計(jì)算表明，在二硼化鎂中有 不只一個(gè)能帶跨越費(fèi)米面 ，電聲耦合所造成的費(fèi)米 面失穩(wěn)完全可能在兩個(gè)能帶的費(fèi)米面處產(chǎn)生能隙! 這 一點(diǎn)又與傳統(tǒng)的所有的超導(dǎo)體完全不同! 有關(guān)兩個(gè)能 隙的圖像后來被比熱、核磁共振、電子隧道譜和角分 辨光電子譜的實(shí)驗(yàn)廣泛證實(shí)! 有關(guān)兩個(gè)能隙是如何形 成的以及它如何影響超導(dǎo)特性是目前有關(guān)二硼化鎂 超導(dǎo)體研究的熱點(diǎn)!
二硼化鎂超導(dǎo)體在應(yīng)用上的契機(jī)遠(yuǎn)比對(duì)其物理 的理解更讓人激動(dòng)! 在發(fā)現(xiàn)后不久，人們就測(cè)量了很 多有關(guān)其電、磁、熱方面的宏觀特性，這方面包括中國科學(xué)家所做出的大量出色的工作. 首先，人 們發(fā)現(xiàn)，這個(gè)超導(dǎo)體在 20K左右的溫度和 8萬倍于 地球磁場(chǎng)的情況下，可以承載很大的超導(dǎo)電流，而且 能耗極低! 由于20K的溫度可以方便地使用小型制 冷機(jī)獲得，因此這使得人們想到在將來的醫(yī)院里使 用的核磁成像儀器的超導(dǎo)磁體再也不要昂貴的液氦 來運(yùn)行，而只需要插上電源就行了! 另外，二硼化鎂 材料的價(jià)格很低，而且遠(yuǎn)比陶瓷特性的氧化物高溫 超導(dǎo)體容易加工成形，因此在發(fā)現(xiàn)后不久，美國 23 456 實(shí)驗(yàn)室就能夠拉出長(zhǎng)達(dá)幾十米的線材和帶材!
此外，二硼化鎂超導(dǎo)體的超導(dǎo)相干長(zhǎng)度較長(zhǎng)，容易制 備出超導(dǎo)量子干涉器件用于微弱電磁信號(hào)的檢測(cè)， 在大地探礦、醫(yī)療儀器、環(huán)境和軍事方面具有應(yīng)用前 景!
中國科學(xué)家在這次二硼化鎂超導(dǎo)體的研究中表 現(xiàn)出了相當(dāng)強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力! 在得知消息后不到一個(gè)星 期，中國科學(xué)院物理研究所超導(dǎo)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室就 制備出了高質(zhì)量的樣品，隨即做出了大量出色的研 究工作! 比如他們很快認(rèn)識(shí)到二硼化鎂超導(dǎo)體的上 臨界磁場(chǎng)和磁通融化磁場(chǎng)之間存在一個(gè)巨大的差 距，提出了合理的圖像來解釋這個(gè)差距；再比如 他們與挪威的科學(xué)家用不同的方法獨(dú)立地發(fā)現(xiàn) 在二硼化鎂超導(dǎo)薄膜中存在細(xì)小密集的磁通跳躍， 而且中國科學(xué)家明確地界定了這個(gè)磁通跳躍的范圍，為以后克服弱電應(yīng)用中的困難起到了積極作 用! 此外，中國科學(xué)家有關(guān)二硼化鎂超導(dǎo)體的摻雜和 電鏡觀測(cè)等工作都在國際上引起了廣泛的關(guān)注! 在 應(yīng)用方面，中國科學(xué)家已經(jīng)能夠成功地制備出長(zhǎng)達(dá) 幾十米的線材，為下一步制備超導(dǎo)磁體奠定了堅(jiān)實(shí) 的基礎(chǔ)! 可以預(yù)見，在未來三年中，用二硼化鎂線材 所制造的超導(dǎo)磁體將會(huì)在中國的科學(xué)家手中誕生!
