超導體的種類（Superconducting Materials）

超導體的種類（Superconducting Materials）
國立虎尾科技大學電子工程系吳添全助理教授/國立彰化師範大學物理學系洪連輝教授責任編輯

到目前為止，具有超導現象的物質還是持續不斷的找尋中。
超導的研究從早期金屬元素、合金、以及金屬化合物等開始著墨，一直在臨界溫度上的提升無法突破。

1933年轉向氧化物陶瓷的研究開始，從簡單的一元的氧化物、二元的氧化物，至1960年以後開始的三元氧化物 SrTiO_3-x，雖然這些陶瓷超導體的臨界溫度都低於30K。

直到1987年，朱經武博士及吳茂昆博士的研究群大舉的提升了超導的臨界溫度到90K，發現了高溫陶瓷的超導體釔鋇銅氧化物（Y-Ba-Cu-O）。

距歐尼斯(Kamerlingh-Onnes)發現第一個超導體至今，已快屆滿100年了，目前已有二千多種具有超導特性的材料，依照不同的特性可以分類：
1. 由超導臨界溫度的範圍來分類：可分成高溫超導體和低溫超導體。這是液態氮77K的溫度為界限，高溫超導可以由液態氮所能冷卻而形成超導體。低溫超導通常是用液態氦所能冷卻。
2. 由材料來分類：金屬元素（如汞、鋁、鉛和鈮）、合金（如鈮鈦合金和鈮鍺合金）、陶瓷（如鈣鈦礦結構的釔鋇銅氧和層狀結構的二硼化鎂和鐵基氮磷族氧化物）或有機超導體（如富勒烯和碳納米管）。
3. 由物理性質分類：可分成第一類超導體和第二類超導體。第一類超導體超導相變屬於一階相變；第二類超導體超導相變屬於二階相變，且超導的磁性質會有超導和正常態共存的中間態(混合態）的產生，磁場會以量子化的形式進入超導體。
4. 由超導理論來分類：可分成傳統超導體和非傳統超導體。傳統超導體的超導機制可用BCS理論解釋，但是非傳統超導則必須對BCS理論作修正，以金茲堡-朗道(Ginzburg-Landau)理論解釋。 一般而言金屬元素為傳統超導體，且大多為第一類超導體。僅有少數金屬如鈮、釩或因金屬薄膜的厚度造成超導的特徵長度受到改變，而轉變成第二類超導體。而陶瓷氧化物為第二類超導體，如釔鋇銅氧化物超導體則為高溫超導體，可與低溫超導體有所區隔。以實用的角度來看，臨界溫度90K高於液態氮的沸點(77K)，而且氮氣佔空氣的1/4，因此液態氮的取得較容易且便宜。反觀氦氣在空氣的中含量少，要液化和維持液氦的設備都十分昂貴複雜(一公升液態氦約新台幣 800 元) 如此一來使得超導的實用性大為增加，可以說往前跨了一大步。

參考資料：http://en.wikipedia.org/wiki/Superconductivity