超导

临界温度

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水有一个清晰的转换点:零度以上是液态,零度以下是冰,而这一转变发生在一个确定的温度上。超导体也有自己的转换点,只是它不是结冰或融化,而是材料在“有电阻的普通金属”和“零电阻的完美状态”之间翻转。越过那条线,变化同样干脆利落。

临界温度,记作Tc,是材料变为超导的那个温度门槛。在它之上,电子像在任何金属里一样彼此推搡、四处散射;材料一被冷却到Tc以下,库珀对就生成并锁进它们共享的集体状态,电阻随之崩塌。这个数值是每种材料固定的属性——水银约4开尔文,铅约7开尔文,某些铜氧化物则超过90开尔文——由电子能被撮合配对的强弱决定。

它之所以重要,是因为Tc是决定一个超导体好不好用的那个唯一数字:Tc越高,制冷就越便宜、越容易,应用面也越广。要小心,别把Tc当成不管外界条件如何都不变的悬崖——强磁场或大电流都会拉低有效的转变温度,所以一种闲置时能超导的材料,哪怕已经够冷,在负载之下也可能失效。

铜氧化物YBCO在约92开尔文以下超导——高于液氮77开尔文的沸点——因此可以用廉价、易得的制冷剂来冷却,而不必用昂贵的液氦。

跨过77开尔文的液氮线是一个转折点:在它之上,制冷变得便宜。

“高温”超导体这个说法在日常听感里很有误导性:90开尔文的Tc仍约为零下183摄氏度,比地球表面任何地方都冷。它之所以叫“高”,仅仅是相对经典超导体那区区几开尔文的Tc而言。

又称
transition temperatureTc临界温度