自然界材料按照导电性的好坏,也即常温下电阻率的大小,大致可以分为绝缘体、半导体、导体。部分导体的电阻在低温下会突然降为零,这就是所谓超级导电的超导体。正是如此,自从1911年超导现象发现百余年来,科学家们一直对超导材料探索和超导物性及机理研究充满浓厚的兴趣。
在超导材料的百年征程上,一座座里程碑讲述着人类寻找超导体的历史故事,大部分里程碑就刻录在了科研论文里。
作为自然科学里最受关注的期刊之一——《自然》(Nature)就能搜寻到不少超导的足迹。《<自然>学科经典系列:化学的进程》收录了历年来在《自然》上发表的有关化学和材料的经典论文,其中涉及超导材料的一共三篇论文:1991年发表的“掺钾的C60在18K时的超导电性”,1993年发表的“Hg-Ba-Ca-Cu-O体系在130K以上时的超导性”,2001年发表的“二硼化镁在39K时的超导性”。
这三篇论文分别涉及三大类超导材料的发现:有机超导体、铜氧化物高温超导体和多带超导体,其里程碑性质不言而喻。
仔细阅读发表在《自然》杂志上的这三篇论文,它们都具有一个共同的特点——结构和内容都非常简洁。文章首先描述了多晶样品的制备过程,然后是X射线或透射电镜进行晶体结构分析,最后是零电阻效应和抗磁性的测量,这是判定材料是否超导的两个独立特征,这是证明一个新超导体的标准流程。
在关于Hg-Ba-Ca-Cu-O体系超导电性论文中,其磁化率曲线中呈现多个拐点,意味着可能存在多个不同的超导相,作者甚至都没有最终确定超导的晶相。然而这无碍于这篇论文因为找到了常压下最高Tc超导体而体现的重要价值。这说明,一个重要的物理科学发现并非一定需要等完全研究透彻才发表,人们往往可以及时报道实验结果,并在之后通过进一步的努力来证实并推进这个发现。
掺杂C60超导电性的发现则说明在材料探索过程中,针对最新发现的材料进行拓展研究往往充满收获。而MgB2的超导发现更是告诫我们,许多材料其实早就被人们所发现,但它们的奇异物理性质尚未必为人所知,关键在于换一个角度看世界。