超导研究的新热点：二硼化镁<%=id%>

摘要:2001年1月10日，日本青山学院大学教授秋光纯宣布二硼化镁具有超导电性，超导转变温度高达39K。发现二硼化镁超导电性迫使人们重新考虑，在BCS理论的框架内是否存在更高临界温度的超导体。目前为止二硼化镁超导研究美国占有绝对的优势。他们的研究范围涉及了从实验、计算到理论的各个方面。这一点是其他任何一个国家都无法比拟的。另外有相当一部分华人科学家和一些小国家如韩国在紧跟前沿。
    2001年1月10日，日本青山学院大学教授秋光纯宣布，他的研究小组发现，金属间化合物二硼化镁具有超导电性，超导转变温度高达39K。消息传来，全世界凝聚态物理学界为之兴奋。
    二硼化镁结构简单，易于制备和加工，有着广阔的应用前景。3个月来，世界各国的研究人员使用各种现代化的研究手段，对二硼化镁的超导体物理性质进行了重点研究，目前已发表的研究论文达100多篇。3月12日，在美国西雅图市召开了关于二硼化镁超导电性的国际研讨会，中、美、日等13个国家的数百名科学家出席了研讨会，会上共宣读论文76篇。本文就二硼化镁超导电性研究的主要进展情况作如下介绍。
    二硼化镁超导体的主要物理性质
    二硼化镁（MgB2）的结构属六方晶系，在两个硼原子层之间有一个镁原子层。研究表明，二硼化镁的超导电性源于硼原子层。科学家们采用"掺杂"的方法，在MgB2的基础上寻找具有更高临界温度的超导体。通常有两种掺杂的方法：一种是电子掺杂，MgB2-yXy，X＝Be，C，N，O，即用Be，C，N，O等元素部分替代MgB2中的B元素，目前为止尚未发现电子掺杂具有提高临界温度的作用；另一种是空穴掺杂，Mg1-xMxB2，M＝Al，Be，Ca，Cu，Li，Na，Zn，即用Al，Be，Ca，Cu，Li，Na，Zn等元素部分替代Mg元素。我国科学家发现掺有20%铜元素的二硼化镁（Mg0.8Cu0.2B2）具有超导电性，其超导转变起始温度为49K，零电阻温度为45.6K，是目前二硼化镁新型超导体中临界温度最高的。Mg0.8Cu0.2B2主要是MgB2和Cu2Mg的混合物，其晶体结构仍然是六方晶体系，与MgB2相比六方晶格在a轴和c轴方向都略有缩短。对于传统的合金超导体，非磁性杂质常常具有提高临界温度的作用。我国科学家的发现表明，非磁性杂质Cu2Mg在提高二硼化镁超导体临界温度方面的作用显著。另一方面，美国科学家根据BCS理论估算出二硼化镁新型超导体的临界温度可达70K。
    热力学参量的测量表明，二硼化镁是典型的第Ⅱ类超导体，其下临界磁场为300Oe，上临界磁场为12.5×104Oe。第Ⅱ类超导体内部充满了量子化的磁通，除非以某种方式将磁通钉扎，否则当超导电流流动时会产生能量耗损。不同研究小组的高压实验结果表明，二硼化镁的临界温度随压力的增加而减小。理论计算结果也证明了这一点。各国的研究小组采用各种先进手段，如扫描隧道光谱，高分辨率光电子谱等，测量了不同温度下的能隙值，结果大致与BCS理论相符。
    二硼化镁超导电性的特征
    二硼化镁超导体的发现提出了两个问题。一是关于其超导机制，即二硼化镁是以声子为媒介的BCS超导体，还是更奇特的其他类型的超导体。这个问题在某种意义上讲已经有了答案。硼同位素效应的实验结果表明，二硼化镁是以声子为媒介的BCS超导体，其超导电性源于硼原子的声子谱。能带结构的理论计算证实了这一点。还有许多其他的实验结果也支持这个结论，例如，临界温度随压力增加而减小的实验结果表明，声子贡献起主导作用；用各种不同方法测量了低温下的能隙值，结果基本与BCS理论相一致。二是对实际应用来说至关重要的问题，即当存在外磁场时二硼化镁是否能承载很大的超导电流。对于氧化物高温超导体，尽管其临界温度很高，但是由于多晶样品中跨晶界弱连接的缘故，限制了其承载超导电流的能力。与此相对照，对多晶二硼化镁超导体详细的实验结果表明，在二硼化镁中超导电流密度较高，晶界对超导电流是"透明的"，即超导电流不受晶界连通性的限制。然而，对二硼化镁超导体，超导电流密度随外磁场的增加迅速减小，这表明随着磁场的增加，磁通钉扎能变弱。因此，从实用观点讲，提高二硼化镁的磁通钉扎能力至关重要。
    发现二硼化镁超导电性的意义
    迄今为止，二硼化镁的超导转变了温度是简单

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