互动科普

一种镁化合物成了超导明星。

在化工供应商那里可以买到呈黑色粉未状的现成的硼化镁。从20世纪50年代起人们就熟知此种化合物，它通常用作化学反应中的试剂。但只是到今年人们才知道在绝对零度以上39度的温度下，硼化镁能够毫无阻碍地通过电流——也就是说它是一种超导体。虽然它的超导温度远低于氧化铜高温超导体的超导温度，但它还是在研究人员中掀起了一股研究热潮。硼化镁推翻了理论家们的预测，并有可能具有一些实际用途。

东京 Aoyama-Gakuin大学的Jun A Kimitsu和他的合作者们在试图合成与镁和硼有关的某些更复杂的材料时，意外地发现了硼化镁的超导性质。随后，2000年1月l0日，他们在日本的一次会议上宣布了这一惊人的发现，关于这一发现的消息通过电子邮件迅速传遍全球。3周后，其它研究小组发现的首批研究论文就在因特网上公布了。3月初，美国物理学协会在西雅图召开的其规模最大的一次年会期间匆忙组织了关于硼化镁的特别会议，将近80位研究人员在会上非常扼要地介绍了他们的成果，时间从晚上8时一直持续到午夜之后很久。

在2001年1月前，科学家们标准的见解是认为传统超导体不可能在高于30开氏度的温度上具有超导性。传统超导体是用1957年提出的所谓BCS 理论来解释的。硼化镁的研究成果看来意味着要么科学家们发现了一种新的超导机制，要么BCS理论必须修改。

至今几乎所有的实验证据都支持这一见解：与氧化铜超导体不同，硼化镁是一种标准的BCS超导体。例如，当研究人员用硼的同位素硼10来代替硼11时，硼化镁的临界温度如预期那样略有上升，因为较轻的同位素会改变硼化镁原子晶格的振动特性，而这是BCS理论的一个关键部分。既然如此，30开氏度这一神奇的界限又是怎么超过的呢？普林斯顿大学的Robert Cava摆出一副标准的事后诸葛亮的神气说，“这些预测本来就很不成熟。”硼化镁兼具原子质量低和电子状态十分有利这两大特点，但以前人们却忽略了这种可能性。

物理学家们正在设法向硼化镁掺入某些经过精心选择的杂质，以进一步提高BCS极限，从而获得更高的临界温度。若干研究小组将铝或碳掺入硼中（这两种元素在周期表中与硼相邻），然而令人失望的是它们都降低了临界温度。预料钙的效果会好一点，但是至今还没有人成功地制出掺钙硼化镁。Cava烦恼地说，“这都是Murphy法则在作怪。”

但是，即使没有掺杂的硼化镁也有一些引人注目的优点，使它适合于若干用途。首先，硼化镁的超导工作温度较高，因此可以通过一般制冷方式将其冷却而无须借助昂贵的液氦（现在应用最广泛的超导体都要用液氦冷却）。高温氧化铜超导体在这方面无疑又胜过硼化镁，然而实践证明这类超导体很难制成方便的导线。此外，超电流在穿越氧化铜中微观晶粒的边界时其流动的情况也不是很好。

相反，硼化镁已经通过简单的方法制成了导线，而且超电流可以毫不费力地在晶粒之间流动。不过，硼化镁的一个缺点是它在比较弱的磁场中会丧失其超导性，而在实际应用场合中这样的磁场是不可避免的。但是既然研究人员在短短几个月中就已经取得了这样大的进展，而且他们还有许多招数还未施展出来，因此可以相信他们将会克服这类问题。

越高越好

汞—钡—钙氧化铜高温超导体在温度低于164开氏度时具有超导性，但必须在极高的压力下（大于1万个大气压）它才能实现这种高温超导性。在正常的大气压力下超导转变温度的记录也是由汞—钡—钙氧化铜保持的，为138开氏度。近年来不时有人放出发现了室温超导性的说法，然而这些自封的实验结果没有一项是能够成功地重复的。最近又有一些媒体报导猛炒克罗地亚萨格勒布大学一个研究小组发现室温超导性的说法，但超导专家们对此不屑一顾，认为这些结果肯定经不起检验，没有什么价值。研究界把这类不能复现的异常高的超高转变温度戏称为“USO”，即“不明超导物”。

【郭凯声／译 向俊／校】