超导电子学的简史

1908年，荷兰H.K.翁纳斯首次使氦气液化，成功地获得4.2K低温。1911年 ，他在研究各种金属在低温下的电阻性质时发现了汞的超导电性。1933年，W.迈斯纳和R.奥森菲尔德发现磁场不能进入超导体内部的新现象，即迈斯纳效应。这表明超导体具有完全抗磁性。为了解释超导体的理想导电性（零电阻现象）和完全抗磁性这两个基本特性，1935年德国物理学家F.W.伦敦指出，超导性是一种宏观体系的量子效应，并基于超导性与液氦4He的超流动性的相似性而将其统称为超流体，建立了超导唯象方程即伦敦方程。它指出磁场被排斥到厚度为λ 的伦敦穿透深度的表面薄层中，从而解释了迈斯纳效应。1950年，В．Л．金兹堡和Л．Д．朗道根据相变理论的研究，指出超导态中的超流电子存在某种有序化，且临界温度Tc以下有序度较高，状态用一个序参数 ψ（）来描述（相当伦敦理论中的超导波函数），由此建立了金兹堡-朗道方程，也称GL方程。它惟象地综合了当时超导体已有的宏观规律。另外，由于对超导体热力学性质的研究，人们建立了二流体模型和能隙理论。1950年，J.R.施里弗提出电子－声子的相互作用在低温下导致超导性（电阻消失），并导出了同位素效应。上述理论和效应都没有从根本上说明超导电性的物理实质。直到1956年，L.N .库柏提出在超导体中有电子对，并于1957年建立了巴丁-库柏-施里弗超导微观理论，简称BCS理论。这一理论较为完满地解答了超导电性的物理本质。1962年，英国剑桥大学B.D.约瑟夫逊在关于隧道超流现象的著名论著中预言了超导隧道效应，也称约瑟夫逊效应。1963年实验证实了隧道超流现象确实存在。随后发现了Jc-H关系、I-υ 阶梯特性和自感应阶梯。1964年，默塞里奥与西尔弗发现约瑟夫逊双结量子干涉现象，两年后发明了双结磁强计。直流约瑟夫逊效应遂得以建立起严格的理论。人们从而发现红外检测的机理并观察到约瑟夫逊结的微波辐射效应、倍频、分谐波和混频效应，并用约瑟夫逊效应测定物理常数e/h值，制作出超导伏特计，发明记忆储存元件等。1970年又发明了单结环路的射频超导量子干涉器件等。约瑟夫逊效应从实验阶段走向了应用阶段，由此繁衍出的各类超导器件在现代各学科中获得广泛应用，并形成一门崭新的超导电子学。为此，超导隧道效应发现者约瑟夫逊、隧道技术开创者江崎玲於奈，以及半导体隧道和超导隧道间的桥梁架设者I.贾埃弗三人获得1973年诺贝尔奖金。

因在铁基高温超导方面做出杰出贡献而被授予自然科学一等奖的是赵忠贤院士。

1、赵忠贤院士的贡献

赵忠贤院士是中国科学技术大学教授，对铁基高温超导体的研究取得了重要进展。赵忠贤院士的研究使得铁基高温超导性能得以显著提高，为理解铁基高温超导体的物理机制、发现新的超导材料及其应用提供了重要基础。

2、铁基高温超导体的意义

铁基高温超导体是一种具有巨大应用潜力的新型超导材料。由于其在相对较高的温度下仍具有超导性能，能够大幅降低制冷成本，从而有望推动超导技术在能源、交通、医疗等领域的广泛应用。赵忠贤院士在这方面的贡献，对于推动铁基高温超导体的研究与应用具有极大意义。

3、国家自然科学奖的价值

国家自然科学奖是中华人民共和国政府设立的最高荣誉，旨在表彰在自然科学领域取得卓越成果的科学家。赵忠贤院士获得此奖项，充分体现了其在铁基高温超导研究领域的突出贡献，也为中国科学界树立了典范。

铁基高温超导体研究的挑战及未来发展方向：

1、研究挑战

虽然铁基高温超导体研究取得了显著进展，但仍面临诸多挑战。研究人员需要进一步探究超导机制，解决超导电性随温度、磁场等因素变化的问题。此外，在制备过程、材料结构、性能优化等方面也需要突破。

2、未来发展方向

在未来，铁基高温超导体研究将继续深入探索新材料及其超导机制，力求在理论和实验上取得突破。通过交叉学科的融合，可以推动材料制备技术、超导性能测试方法等方面的发展，为实际应用铺平道路。

3、应用前景

随着铁基高温超导体研究的深入，其在能源、交通、医疗等领域的应用前景将更为广泛。例如，在长距离输电、磁浮列车、磁共振成像等方面，铁基高温超导体有望实现零电阻、高效率、低能耗等优势，为人类科技进步贡献力量。

以上数据来源于中国科学物理研究所官网。

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