超导元素及合金和化合物

到目前为止,人们已发现在正常压力下有28种元素、约5000种合金和化合物具有超导电性。

超导元素

表1给出了所有超导金属元素的临界温度和临界磁场(T=0K时)。正常压力下铌的临界温度是超导元素中最高的,T0=9.26K;元素中临界温度最低的是钨,T0=0.012K。

图

超导元素在周期表中的分布有如下的规律:

(1)碱金属Li、Na、K、Ru、Cs和良导体 Cu、Ag、Au等一价元素均不是超导体

(2)Cr、Mn、Fe、Ni、Co等铁磁性反铁磁性元素也都不是超导体;

(3)超导元素的价电子数Z有下列关系:2〈Z〈8;

(4)除个别例外,超导元素明显地可分为过渡金属和非过渡金属两个集团。在过渡金属中,Z为奇数的元素,T0较高。当Z=5和7时,T0出现峰值。对于非过渡金属,T0Z 增大而单调地增高。

某些元素只有在高压下或低温底板上淀积为薄膜时才呈现超导电性。前者如Cs、Ba、Y、Ce、Si、Ge、P、As、Sb、Bi、Se、Te和Lu等;后者如Bi。在低温底板上淀积 W、Be、Ga、Al、In和Sn的薄膜,其T0与大块材料相比,都有较大的提高。值得强调的是,稀土元素La在150kbar压力下, 其T0高达12K。通常T0对少量杂质并不敏感,但磁性杂质(如Ir和Mo)会使T0降低,甚至使超导电性消失。

超导合金和化合物

表2中给出了一些合金和化合物的超导临界温度和临界磁场。

图

迄今具有最高临界温度的超导化合物是 Nb3Ge,T0=23.2K;Pb0.7Eu0.3Gd0.2(Mo6S8)的临界磁场最高,Hc2(0)约700kGs。Nb-Ti合金、Nb3Sn和V3Ga是目前最主要的实用超导材料。(根据1986年以前的资料)

此外,合金和化合物的超导电性还有一些引人注目的性质。例如,即使由非超导元素组成的一些化合物,像Au2Bi,GePt和CuS等,结果变成了超导体。而化合物ErRh4B4却存在着两个临界温度,在第一个临界温度Tc1≈8.55K,它变为超导体,而随着温度的继续降低,在第二个临界温度Tc2≈0.9K时,又从超导态过渡到正常态。

参考书目
  1. 管惟炎、李宏成、蔡建华、吴杭生等著:《超导电性·物理基础》,科学出版社,北京,1981。