超導

臨界溫度

/ KRIT-ih-kul TEM-per-uh-chur /

水有一個清晰的轉換點:零度以上是液態,零度以下是冰,而這一轉變發生在一個確定的溫度上。超導體也有自己的轉換點,只是它不是結冰或融化,而是材料在「有電阻的普通金屬」和「零電阻的完美狀態」之間翻轉。越過那條線,變化同樣乾脆俐落。

臨界溫度,記作Tc,是材料變為超導的那個溫度門檻。在它之上,電子像在任何金屬裡一樣彼此推搡、四處散射;材料一被冷卻到Tc以下,庫珀對就生成並鎖進它們共享的集體狀態,電阻隨之崩塌。這個數值是每種材料固定的屬性——水銀約4開爾文,鉛約7開爾文,某些銅氧化物則超過90開爾文——由電子能被撮合配對的強弱決定。

它之所以重要,是因為Tc是決定一個超導體好不好用的那個唯一數字:Tc越高,製冷就越便宜、越容易,應用面也越廣。要小心,別把Tc當成不管外界條件如何都不變的懸崖——強磁場或大電流都會拉低有效的轉變溫度,所以一種閒置時能超導的材料,哪怕已經夠冷,在負載之下也可能失效。

銅氧化物YBCO在約92開爾文以下超導——高於液氮77開爾文的沸點——因此可以用廉價、易得的製冷劑來冷卻,而不必用昂貴的液氦。

跨過77開爾文的液氮線是一個轉折點:在它之上,製冷變得便宜。

「高溫」超導體這個說法在日常聽感裡很有誤導性:90開爾文的Tc仍約為零下183攝氏度,比地球表面任何地方都冷。它之所以叫「高」,僅僅是相對經典超導體那區區幾開爾文的Tc而言。

又稱
transition temperatureTc临界温度