关于层状超导材料研究现状综述
摘 要：自1911年荷兰物理学家昂内斯发现水银在4.2 K温度时电阻急剧下降以来，物理学家们致力于寻找具有更高超导转变温度的材料，其基本特性包括了零电阻效应和迈斯纳效应。发展至今，一些超导材料的超导转变温度已经能超过液氮的沸点，如铜氧化合物和铁基化物。人们也已经能够采用多种方法合成超导材料，如固相合成法、水热合成法、高温高压法、气相输运法、电化学插层法等。2004年人们发现了石墨烯，开始了对于层状材料的研究，层状材料以层内强共价键及层间弱范德瓦尔斯力结合在一起。对于层状材料主要研究的材料是石墨烯、二维半导体材料、二维磁性半导体材料。
关键词：超导 超导转变温度 超导体 层状材料
一、超导材料的发展历史
当材料在一定的温度下，电阻会降到0，展现出完全抗磁性，我们把这种现象称为超导现象，将此时的温度称为超导转变温度（Tc）。超导的发生是核外电子速率随温度变化的显著表现，是核外电子运动所引起的物质特性变化的明显特征，其原理是：在低温状态下，物种电子的运动速率降低，价电子在固定的平面上运转，达到临界温度时，价电子运转速率越来越低，核心习惯与常温下的核外电子快速运转，价电子运转缓慢造成了院子暂时缺失价电子的现象，核心就挪用相邻核心的价电子，最终所有的核心都向某一方向临近挪用，于是就形成外层电子公用，这种核外电子公用的状态就是物质的超导态，此时的物体就是超导体。
1911年，荷兰物理学家海客·卡末林·昂内斯在研究水银低温电阻时发现，当温度降到4.2 K时，水银的电阻急剧下降，最终达到0电阻，从此开启了物理学对超导现象及超导材料的研究。自此以后人们对于超导材料的研究一直集中于超导转变温度这一参数上，找到具有更高超导转变温度的材料，是物理学家一直追求的一件事情。最开始，人们的研究集中于一些元素及合金超导体，但这些材料的超导转变温度都比较低。直到1953年，人们发现了具有A15结构的超导体，具有这种结构的超导体的超导转变温度能够达到23.2 K，这是第一类具有较高超导转变温度的超导材料，但其他材料的临界温度还是要低很多，这样低的温度只有液氮才能达到。在1986年时问题出现了转机，物理学家贝特诺茨会让缪勒在瑞士国际商用公司实验室工作时，发现一种镧铜钡氧化物材料在35 K时会发生超导现象，标志着高温超导性的发现。之后，我国物理学家赵忠贤、美籍华人科学家朱经武发现了钇焙铜氧系高温超导材料，其超导转变温度可达92 K超过了液氮的沸点。不久，又发现了铋锶钙氧铜超导合金和铊钡钙铜氧合金，他们的超导转变温度更加接近于室温。现在科学家们正致力于使超导转变温度达到干冰的温度（240 K）甚至是室温（300 K），他们已经注意到利用氟、氮、碳部分代替氧，或者把钪、锶和某些金属元素加在钆钡铜氧化物中就有可能制得室温超导体。
二、两类非传统高温超导体的研究
（一）铜氧化合物超导体
这一类的超导体都有非常类似的缺氧多层钙钛矿结构，可以看作是由超导层CuO2与一层或几层的库电层堆垛而成，且根据库电层的元素组成及结构的不同可以分为Hg系，Y系，La系，Tl系，Bi系，结构如图1所示1。时至今日，该体系的发现已经过去了30余年，物理学家基本肯定了其中的电子配对是d-波配对，承认了超导机制和系统的磁性有着密切的联系，发现了普遍存在“反铁磁-超导-奇异金属”这种三国鼎立的相图，但铜氧化合物在高温时出现的反常物理现象依旧是研究的一个热点，最典型的体现是赝能隙现象和奇异金属行为。
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