铜氧化物高温超导体的比热容
铜氧化物高温超导体电子结构与临界温度关系研究
铜氧化物高温超导体电子结构与临界温度关系研究陈宁1，季飞1，范本勇1,汪纯1，李福燊11北京科技大学材料科学与工程学院无机非金属系(100083)E-mail: nchen@摘 要：量子化学电子结构计算（CASTEP方法）结果发现，对于所有已发现的27个铜氧化物超导体系，铜氧面的最近邻阳离子A（内层p轨道）与O离子（内层2s轨道），在E f以下约20e V深处，均存在着的内层轨道作用，这种作用产生的内层耦合电子分布在铜氧面上的相对强度与超导临界温度（T c）成正比。
这一定量关系证明，内层轨道是导致高温超导现象最重要原因之一；同时还揭示，处于最外层轨道上的载流子与内层轨道耦合的联系可能是通过铜氧面上O的内层2s轨道的改变来实现的。
关键词：电子结构、氧化物超导体引言高温超导体有许多令人吃惊的性质，从发现高温超导现象至今十几年的研究热潮中，人们已经在确证、充实及理解那些奇特的现象上花费了巨大的精力。
这些课题任务之所以极其重大的，除了巨大的实际应用价值外，在凝聚态物理理论上也是非常特别的，因为这些体系中电子的行为与通常费米液体行为的金属有很大不同，电子-电子强关联效应似乎占据非常重要的部分。
但是为什么这些体系具有强关联呢？传统的研究中我们忽略了哪些重要的因素呢？因此，我们首先要搞清楚这些体系的电子结构特点。
自高温超导体问世以来，就有很多科研小组对氧化物超导体的电子结构进行了深入研究。
徐建华等[1]、Pickett等[2]用能带理论对La2CuO4体系（La系）进行了计算。
虽然不同的研究组在计算时使用的晶格参数、收敛精度等略有差别，但所得结果在大体上是一致的。
计算结果表明，La的5d带处于E f以上1e V处，而它的4f带则处于E f以上约3e V处。
O的2s带和La的5p带则分别处于E f以下（约-20~-14e V处）。
因而在E f附近，主要是Cu的3d和O的2p形成的一个十分复杂的p-d杂化带。
此外，对于YBa2Cu3O7（Y系）至少有Krakauer、Massidda以及Mattheiss等三个不同的研究小组3]计算了这种体系的能带结构。
铜基高温超导体
铜基高温超导体参考内容：铜基高温超导体是指在较高温度下表现出超导性的一类材料，主要以铜氧化物为基准，常见的铜基高温超导体包括YBa2Cu3O7-x （YBCO）、Bi2Sr2CaCu2O8+x （BSCCO）等。
虽然与传统的低温超导体相比，铜基高温超导体的临界温度较高，但仍然不能达到室温。
然而，铜基高温超导体的特殊性质和潜在应用仍然引起了广泛的研究兴趣。
以下是与铜基高温超导体相关的一些重要内容和研究进展：1. 超导机制：铜基高温超导体的超导机制仍然存在着很多争议。
一种主流的解释是BCS（Bardeen-Cooper-Schrieffer）理论的修正版，即强关联超导理论。
这一理论认为，铜基高温超导体的超导现象是由于电子间强烈的库仑相互作用导致的。
各种谱学研究和理论模型揭示了电子自旋构型、电子对的形成和输运机制等方面的信息。
2. 结构和晶格：铜基高温超导体的晶体结构和晶格参数对其超导性能影响较大。
研究人员通过X射线衍射、透射电镜和原子力显微镜等技术手段，研究铜基高温超导体的晶格结构、缺陷和界面等方面，并探索了晶格结构变化对超导性能的影响。
3. 控制材料的合成和制备：合成和制备高品质的铜基高温超导体样品对于研究其物性和应用具有至关重要的意义。
研究人员通过不同的化学合成和热处理方法，如固相法、溶胶-凝胶法、高压合成法等，探索了材料的合成和制备优化方法。
同时，通过优化各种制备工艺和控制掺杂的方法，可以改善材料的超导性能。
4. 物性和性质：铜基高温超导体具有一系列独特的物性和性质。
例如，它们的电子输运性质、磁性质、热性质和光学性质等都受到广泛的研究。
通过测量这些性质，可以深入了解材料的超导机制和性能特点。
5. 应用和技术：铜基高温超导体由于其高临界温度和较高的临界电流密度，具有广泛的潜在应用。
例如，它们可以用于制造超导磁体、超导电力设备、超导电子器件等。
研究人员正在不断探索将铜基高温超导体应用于实际场景中的技术和工程问题。
高温超导体的研究与应用
高温超导体的研究与应用高温超导体是指在较高的温度下（通常指液氮温度，约77 K），材料表现出超导性质的一类物质。
与低温超导体相比，高温超导体不仅温度更高，而且更易于制备和使用，因此在科研和应用领域有着广泛的潜力和用途。
一、高温超导体的研究意义高温超导体是研究超导性质的热点领域，对纳米科学、物理学、材料科学等领域具有重要意义。
相较于低温超导体，高温超导体的超导温度更高，超导电流密度更大，抗磁能力更强，因此有着更好的应用前景。
在电力输送、储能、计算机存储等领域，高温超导体具有惊人的潜力。
二、高温超导体的分类高温超导体按照化学成分可以分为铜氧化物高温超导体（cuprate）和铁基高温超导体（Fe-based）。
其中 cuprate 高温超导体是首先发现的一类高温超导体，它的基本结构是由铜氧化物层与稀土氧化物层层叠在一起的。
Fe-based 高温超导体则是后来才被发现的，它的超导机理与 cuprate 不同，但仍然具有较高的超导温度，且稳定性较好。
三、高温超导体的产生高温超导体的产生需要一定的条件，比如精细的材料制备技术、在合适的环境下进行处理等等。
目前，人们发现高温超导体室温下是不超导的，必须冷却至较低的温度才能展现出超导性质。
一方面，材料的结构和组分对超导性质有着重要的影响，因此需要通过化学方法制备出具有合适组分和结构的高温超导体提高其超导性能。
另一方面，超导材料的制备过程涉及到很多复杂的物理和化学作用，如固态反应、化学气相沉积等。
由于这些道路的不同，会产生不同的材料、不同的结构和性质，因此需要定期优化材料制备的方法来提高超导性能。
四、高温超导体的应用高温超导体具有广泛的应用前景，例如：1.电力输送领域：超导材料能在零电阻状态下传输电流，这种特性让超导材料在电力输送领域拥有重要的应用。
使用高温超导体制造的超导电缆可以在能耗和成本方面都有较大的优势。
2.储能领域：超导能量储存是一种高能量密度、低体积、零阻值的储能方式。
高温超导体的发现与理论解释
高温超导体的发现与理论解释超导体是指在低温条件下，电流能够在材料内部无阻力地流动的材料。
在使用超导体的设备中，由于能量的无损耗传输，使得这些设备更加节能和高效。
但是，在过去，超导体的使用范围非常有限，因为只有在极低温度的条件下，它才能表现出超导的特性。
但是，近些年来，在高温条件下发现了具有超导性质的一种材料，这种材料被称为高温超导体。
高温超导体的发现极大地提升了超导体的应用范围，并且对于科学界来说，也是一项重大的突破。
本文将探讨高温超导体的发现和理论解释。
一、高温超导体的发现高温超导体的发现，始于1986年。
当时，一组瑞士、美国和日本的学者，分别独立地在他们的实验中发现了具有超导性质的铜氧化物。
他们所发现的材料，最高的超导转变温度超过了-200℃。
这个转变温度比以前发现的超导体高上数十倍，因此被命名为高温超导体。
高温超导体的发现给科学家们带来了很多的疑惑。
根据之前的理论，超导体只能在几乎接近绝对零度的情况下才能表现出其超导性质。
由于高温超导体的超导转变温度比之前的超导体都高很多，这个发现让人们对超导性质的理解发生了重大的变革。
二、高温超导体的理论解释高温超导体的发现，让科学家们重新审视了超导体的理论。
1987年，美国物理学家格里高利•哈托沃兹（Gregory H. Wannier）表示，高温超导体的发现“是一个突破性的事件，它发起了超导理论的颠覆与重建。
”目前，被广泛接受的高温超导理论是BCS理论（Bardeen、Cooper、Schrieffer）。
这种理论主要利用了电子之间的“库伦相互作用”来解释超导性质的发生。
库伦相互作用是指电子之间的相互吸引和排斥作用。
在低温超导物质中，电子之间的库伦相互作用可以抑制它们之间的相互碰撞，所以电子可以在物质内部形成一个“库伦对”，从而实现超导。
而在高温超导体中，由于铜氧化物的晶体结构特殊，铜氧化物中的电子与材料内部的振动模式产生强的相互作用，从而形成了能够在较高温度下实现超导的“库伦偶极子对”。
超导机理进展实验报告
超导现象是指某些材料在低于一定温度时，其电阻突然降至零的现象。
自从1911年荷兰物理学家海克·卡末林·昂内斯发现超导现象以来，超导机理一直是物理学领域的重要研究方向。
近年来，随着材料科学和实验技术的不断发展，超导机理研究取得了显著进展。
本文将对超导机理的最新实验进展进行综述。
二、超导机理研究进展1.高温超导机理高温超导材料的发现打破了传统超导材料临界温度的限制，引起了广泛关注。
目前，高温超导机理的研究主要集中在以下几个方面：（1）铜氧化物高温超导材料铜氧化物高温超导材料是目前研究最为广泛的超导材料。
我国科学家在高温超导机理研究中取得了重要突破，如：- 清华大学物理系张定/薛其坤研究团队利用范德瓦尔斯堆垛技术制备出原子级平整、角度精确可控的转角铜氧化物约瑟夫森结，开展了直接判定超导配对波函数相位部分的实验。
- 复旦大学物理学系团队成功合成了高质量的三层镍氧化物La4Ni3O10单晶样品，并证实了其在高压下具有体超导电性，超导体积分数达到了86%。
（2）铁基高温超导材料铁基高温超导材料是另一种重要的高温超导材料。
近年来，我国科学家在铁基高温超导机理研究中取得了以下进展：- 我国科学家在铁基高温超导材料中发现了马约纳拉零能模，为理解高温超导机理提供了新视角。
2.非常规超导机理非常规超导材料是指除了铜氧化物和铁基高温超导材料之外的其他超导材料。
近年来，我国科学家在非常规超导机理研究中取得了以下进展：- 浙江大学研究团队成功合成了新型铬基笼目晶格反铁磁体CsCr3Sb5，该材料在压力调控下显示出超导电性，为探索非常规超导机理提供了新方向。
超导机理实验研究主要采用以下方法：1. 约瑟夫森结实验：通过制备超导约瑟夫森结，研究超导配对波函数的性质。
2. 比热容测量：通过测量超导材料的比热容，研究超导材料的临界温度和超导态性质。
3. 磁化率测量：通过测量超导材料的磁化率，研究超导材料的磁性质。
超导体
1911年，荷兰科学家卡末林-昂内斯用液氮冷却汞，当温度下降到4.2K（-268.95℃）时，水银的电阻完全消失，这种现象称为超导电性，此温度称为临界温度。
根据临界温度的不同，超导材料可以被分为：高温超导材料和低温超导材料。
但这里所说的“高温”仍然是远低于冰点以下的。
1933年，迈斯纳和奥克森菲尔德两位科学家发现，如果把超导体放在磁场中冷却，则在材料电阻消失的同时，磁感应线将从超导体中排出，不能通过超导体，这种现象称为抗磁性。
1973年，发现超导合金—铌锗合金，其临界温度为23.2K（-249.95℃），这一纪录保持了近13年。
1986年，设在瑞士苏黎世的美国IBM公司的研究中心报道了一种氧化物（镧钡铜氧化物）具有35K（-240.15℃）的高温超导性。
这一年，美国贝尔实验室研究的超导材料，其临界温度达到40K（-235.15）液氢的“温度壁垒”（40K）被跨越。
1987年，美国华裔科学家朱经武以及中国科学家赵忠贤相继在钇-钡-铜-氧系材料上把临界温度提高到90K（-185.15℃）以上，液氮的“温度壁垒”（77K）也被突破了。
1987年底，铊-钡-钙-铜-氧系材料又把临界温度的记录提高到125K （-150.15℃）。
从1986-1987年这短短一年多的时间里，临界超导温度提高了近100K。
2008年3月25日和3月26日，中国科技大学陈仙辉组合物理所王楠林组分别独立发现了临界温度超过-233.15℃的超导体，突破了麦克米兰极限（麦克米兰曾经断定，传统超导临界温度最高只能达到39K），被证实为非传统超导。
2012年9月，德国莱比锡大学的研究人员宣布了一项进展：石墨颗粒能在室温下表现出超导性，研究人员将石墨粉浸入水中后滤除干燥，置于磁场中，结果一小部分（大约占0.01%）样本表现出抗磁性，而抗磁性是超导体材料的标志性特征之一。
虽然表现出超导体的石墨颗粒很少但这一发现仍然具有重要意义。
迄今为止，超导体只有在温度低于-110℃下才能够发挥作用。
简述铜基氧化物高温超导体五大家族
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铜基高温超导体
铜基高温超导体铜基高温超导体是指以铜氧化物为主要成分的高温超导材料。
1986年，被大家所熟知的第一个铜基高温超导体La-Ba-Cu-O系统被发现，这一重要突破引发了高温超导领域的研究热潮。
铜基高温超导体相较于传统的低温超导体，在超导转变温度上升了几个数量级，使得它们可以在相对较高的温度下实现超导。
铜基高温超导体具有重要的科学研究价值和广泛的应用前景，研究人员通过多种方法对其进行研究和改进，以下是一些关于铜基高温超导体的参考内容。
1. 高温超导基础理论：铜基高温超导体在理论上的描述和解释一直是研究的重点之一。
学术论文《铜氧化物超导材料的高温超导机理研究》对铜基高温超导机理进行了详细的介绍，比较了不同的理论模型，如格林函数理论、BCS理论和强关联电子体系理论等，分析了每个模型的优缺点，并对其在铜基高温超导体中的应用进行了讨论。
2. 合成和制备技术：铜基高温超导体的制备是实现其应用的关键，学术论文《铜氧化物高温超导材料的制备技术研究》对不同的合成方法进行了综述。
其中包括固相法、化学沉积法、溶胶凝胶法和微波炉法等多种制备技术，讨论了各种方法的原理、优缺点和适用范围，并分析了不同条件对样品结构和性能的影响。
3. 结构和物性表征：对铜基高温超导体进行结构和物性表征是了解其性能和机制的有效途径。
学术论文《铜氧化物高温超导体的结构和物性表征方法》对X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和能谱分析等多种表征手段进行了介绍。
文章还重点讨论了超导转变温度、晶体结构和电子结构等关键物性参数的测量方法和评价指标。
4. 物理性质和应用：铜基高温超导体的物理性质和应用广泛研究。
学术论文《铜氧化物高温超导材料的物理性质和应用研究进展》总结了铜基高温超导体的理论和实验研究进展。
此外，还介绍了铜基高温超导体在电子器件、能源传输和磁场应用等领域的潜在应用和进展。
5. 杂质掺杂和界面效应：铜基高温超导体的性能可通过掺杂和界面调控来改善。
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关键 词 ：铜氧化物高温超导体，电子比热容，线性比热系数， 赝隙
中图分类 号 ：Ｏ １． 文 献标 志码 ：Ａ ５１２
文章编 号 ： ５９— ５９（０２ ３— ０７ ０ ０２ ６７ ２１ ）０ ００ — ６
Ｔｈ ｅ ｔｏ ｉ ｐ ｃｆｃ Ｈｅ ｔｉ Ｈｉｈ ｍ ｐ ｒ ｔ ｒ ｐ ａ ｅ Ｓ ｐ ｒ ｏ ｕ ｔ ｒ ｅ Ｅｌｃｒ ｎ ｃ Ｓ ｅ ｉ ａ ｎ ｇ Ｔｅ ｅ ａ ｕ ｅ Ｃｕ ｒ ｔ ｕ ｉ ｅ ｃ ｎｄ ｃｏ ｓ
给 出了高 温超 导体在 正 常态 已形 成某 种 电子束缚 态
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光 电子发 射谱 （ Ｒ Ｅ ） 在 Ｂ－２ ２弱 掺杂 样 品 的 Ａ ＰＳ ｉ １ ２ 正 常态 中 ，直 接观 测到谱 权重 的转 移 ，这是 在正 常 态 中赝 隙存 在 的直 接证 据 。近 年来 又有一 些研 究人 员在 Ｂ一２ １ ｉ ２３和 Ｌ２４，Ｙ ２ ｉ ０ ，Ｂ一 ２ ２ ２ ａ１ １３等材 料 中观
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电子浓 度体 系的电子 比热 容及 线性 比热 系数 ，描绘 出线性 比热 系数随温度 Байду номын сангаас变化 曲线 。电子 线性 比热 系数 的计 算 结果 表明 ，在 Ｎ ｚ ｒｓ ｃｍ ｔＲｎ ｏｉ ｅ— ｈ ｉ—ｉｋ理论和推广 的 Ｌ ｔｎｅ 理论框架下 ，铜氧化物高温超导体 中产生赝隙 。 ｅ Ｓ ｔ ｕｔ ｇｒ ｉ
理 解 超 导 现 象 ，有 两 个 著 名 的 理论 ：Ｂ ｒｅｎ ａｄｅ Ｃ ｏｅ ｃｒｆ ｒ（ Ｃ ） 理 论 和 玻 色一 因 斯 坦 凝 ｏｐｒ ｈｉｆ Ｂ Ｓ Ｓ ｅｅ 爱 聚。Ｂ Ｓ理 论是 弱耦合 超 导理论 ，在 常规 低温 超 导 Ｃ 电性 的描 述 中取 得 了 巨大 成 功 。 由 于 Ｂ Ｓ理论 是 Ｃ
２１ ０ ２年 ５月
铜氧化物高温超 导体 的 比热容
李 贞姬 ，王 涛 ，谭 一 丹 Ｊ 、
（ 南方 医科 大学生物 医学工程 学 院 ，广 东 广 州 ５０ １） １５５
摘 要 ：基于Ｎ ｚ ｒ — ｈ ｉ Ｒｎ 的强耦合超导理论和推广的Ｌｔ ｇ 理论，文中分别计算了低电子浓度和高 ｏ ｅ ｓ ｃｍｔ ｉ ｉｅＳ ｔ ｋ — ｕｉ ｅ ｔ ｒ ｎ
Ｌ ｈｎ ， Ａ Ｇ Ｔ ｏ Ａ ｉｏ ａ Ｉ ｅ ｉＷ Ｎ ａ ，Ｔ Ｎ Ｘ ａ ｄ ｎ Ｚ ｊ
（ ｃ ｏｌ ｆ ｉｍ ｄ ａ Ｅ ｇ ｅｒ ｇ Ｓ ｕｈｒ ｄｃｌ ｎｖｒｉ ， ｕｎ ｚｏ ５ ， ｈｎ ） Ｓ ｈ ｏ ｏ Ｂｏ ｅ ｉ ｌ ｎ ｉ ｅｉ ， ｏ ｔｅｎＭｅｉａ Ｕ ｉ ｓｙ Ｇ ａｇｈｕ５ Ｃ ｉａ ｃ ｎ ｎ ｅ ｔ １ １ ０ ５