新疆域
                          FRONTIERS

[美]艾萨克·阿西莫夫  著
上海科技教育出版社 1999.12

扫描，校对：异调


基础科学新疆域(FRONTIERS OF SCIENCE)，朱宝如  译

                        提高超导温度

    科学家一般并不希望寻求尽善尽美，但有时他们也这样做。1911
年，一位荷兰物理学家海克·K·翁内斯（Heike K. Onnes）把水银的
温度一直降到接近绝对零度。“绝对零度”是可能达到的最低温度，
等于-273℃。当时翁内斯是在测定极低温度条件下水银的导电性质。
他希望随着温度下降，电阻会有规律地减小。

    不过事实并非如此。当到达绝对温度4.12K时，电阻突然完全消失
了。水银的电导性成为理想的了。在温度低于绝对4.12K的条件下，一
个固态水银圆环中的电流会一直流动下去，永不消失。这种现象被称
作“超导电性”。

    还有其他一些元素，当把温度一直往下降时，也存在超导电性。
其中有些元素所需的温度比水银还要低，有些相对来说可以高些。单
一一种元素的最高纪录是放射性元素锝，在11.2K时就变成超导了。

    超导电性并不仅仅是理论上的兴趣。如果电流能在超导状态下通
过电缆传输，那么就不会有电阻损耗，能节省数十亿美元。利用超导
性还可能产生十分强的磁体，这在建造巨大的原子对撞机时，是至关
重要的。另外，超导电性在高级计算机以及当今许多其他高技术领域
中也是非常有用的。

    然而，还有一个困难。为了使一个固体保持在如此低的温度下，
就必须把它浸在一种液体中，这种液体一达到那个温度就会沸腾。液
体不可能达到超过其沸点的温度；它只会慢慢地沸腾。如果有更多的
液体加进去，就能比较容易地保持十分低的温度。

    在温度低于14K时，只有一种液体存在，即液态氦。在这个温度下，
其他所有的物质，甚至包括我们周围的空气，都凝固成固态了。

    液态氦在绝对温度达到4K时就会沸腾。浸在慢慢沸腾着的液态氦
中的任何物体的温度可以一直保持在4K。然而，氦是一种稀有的物质，
而且要想使液态氦的温度保持足够的低，以免很快蒸发悼，是非常困
难的，这大大限制了超导电性的应用。

    沸点比液态氦高一些的液体是液态氢与液态氖。氢在14～20K之间
的温度时呈液态。浸在慢慢沸腾着的液态氢中的任何东西。其温度可
以一直保持在20K。氖在25～27K之间的温度时呈液态。浸在慢慢沸腾
着的液态氖中的任何东西，它的温度可以一直保持在27K。

    与氦相比，氢要普通得多，但是氢气易爆。相对说来，氖较稀有，
但是比氦要普通得多，并且像氦一样，氖和氖蒸气完全是惰性的，没
有麻烦。使氢或氖保持在液态，比氦来说要容易而且省钱得多。

    因而，寻找在液氢温度下显现超导电性的物质，长期以来一直是
物理学家的目标。单纯一种元素已经不管用了，但是还有其他的选择。

    当把固体元素（通常是金属）混合在一起，这种混合物，或者说
合金，往往具有不同于它的任何单独一种组成成分的性质。当研究这
些合金时，科学家发现其中一些合金的超导温度要高于任何一种纯元
素的超导温度。1968年，研究人员发现了一种铌、铝、锗的合金，在
21K时还能保持超导电性。随后又经过18年的研究，混合物的比例不断
被调整，在1984年，一种在24K时还具有超导电性的铌-锗合金被发现
了。液氢超导电性已成为可能，但这仅仅是开始。

    到了1986年的最后几天，不是一个而是有两个惊人消息发布出来。
休斯顿大学报道了镧、钡、铜与氧的一种合金在40K时呈现超导电性。
但是其中有个问题。为了在如此高的温度下保持其超导电性，必须把
合金放置在每平方英寸数十万磅的高压条件下。不过，贝尔实验室报
道了一种在36K时并且只需在普通条件下毋需加压即具超导电性的合金。
这些报道表明，液氢超导电性似乎正朝着实用性方向发展。

    要达到更高的超导温度，这完全可能。从理论上讲，78K的温度也
是可能的，这就使事态发展到可以应用液态氮的程度（氮既普通又安
全）。当然，理想的情况是常温下的超导电性。来日方长，总有一天
我们能够做到这一点。