由于最近接连发现新的超导体，因此产生的兴奋将会掩盖材料科学一些重要问题，而这些问题恰恰会妨碍超导体的实际应用。

在宣布发现高温超导体一年多之后，那些有潜力的变革性的材料离实际用途还相距甚远。全国的科技人员都在使用一种新的处理方法进行实验，试图克服材料的脆性、载流能力差等物理限制因素，但问题颇为棘手。即使发现全新的一类超导体，也难保证（间或即使有人保证）这些材料与他们期望的一样。

从某种程度上说，这种期望是几无止境的。一种实用的高温超导体可在许多方面取得应用，从超动力马达和超快计算机到零损耗电力输送和磁悬浮列车，许多都可以与四十年前的晶体管媲美。

现在，早期的各类超导体应用于强磁场磁体和磁场探测器，但由于这类超导体需使用液氦降到10 K以下而限制了超导体的其它应用。去年发现的超导体在大约90 K左右失去电阻，所以可以用液氮冷却。液氮既便宜，又比液氦易于控制。

现在的问题是，考虑临界温度，新发现的超导体大大优于旧的，但在其他方面，新的超导体材料大多是很差的。原有的超导材料在实际应用时可以载送足够的电流，而用新的超导材料制做的导线加上相对很小的负荷就失去了超导性。早期的金属超导体可以很容易地做或导线，缠制成磁体，新的瓷性材料则很脆硬，再者，旧有的超导材料并入了电子组分，而新的一类超导体一旦与其他材料接触则呈现出不稳定性。

二月份报道的最新发现的超导体，没有人能够说出它的强度如多数研究人员希望遇到几类伴随着早期超导材料的同样问题。

然而，贝尔实验室最近成功地增大了超导体的载流能力，这正鼓舞着研究人员们，至少能克服一些上述的限制因素。去年夏季，IBM做的实验首次表明，每平方厘米的单晶可传送100，000安培，但运载大量，电流的能力则被降低几个数量级。通过使用一种特殊的所谓熔化构成生长处理技术，贝尔实验室一组由Suhgo Jin领导的科学家们生产了很多品种的超导体，这些大小实用的超导体在磁场里载送的电流是任何为此制做的超导体载送的电流的几百倍。

研究人员改进了使铂 - 铱 - 铜氧化物粉末变成1-2-3超导体（如此称呼是因为该化合物的分子式是YBa₂Cu₃O₇）的规范。他们不是把粉末仅仅加热到700℃（使单个的晶体熔结在一起），取而代之的是，他们把粉末加热到1300℃使之熔化，然后，用一种特殊的专有方法，冷却到室温。电子显微照片显示，该材料由取向基本相同的针状晶体组成，而用规范方法产生的材料，其晶体颗粒是随机取向的。

其结果是该超导样品在零磁场下每平方厘米载流170，000安培，在冷却到77 K的液氮温度下，1特斯拉的磁场里，载流为每平方厘米40，000安培，这仅是单晶超导体临界载流密度的百分之一，但这比以前任何见诸报道的那些由许多单晶组成的且适于做大样品的超导体的载流量大好几百倍，而这仅是影响需要很多实际应用如磁共振成像的十种左右因素之一。

新泽西墨里 · 黑尔的贝尔实验室化学物理研究主任Robert Dynes说，熔化构成生长处理，看起来指出了大样品临界电流密度降低的两个问题，研究人员们认为这与单晶（每平方厘米可载送100.000安培）有关。

第一个问题是，大样品的颗粒趋向于随机取向，在1-2-3超导体里，电流很容易沿两个方向流动，而不易沿第三个方向流动。当把电流导入随机取向的粒子里时，意味着电流流动忽好忽坏。

所幸的是，熔化构成生长技术使得晶体严格地沿同一方向增长，而改进了载流能力。Dyues认为，晶体首先沿着电流流动性的好的轴向生长，并且，几乎沿同—方向排列，该排列清除了大样品里的一些随机取向的晶粒。Dynes说：“你要再稍微努力一下，有时超导体的性质还不错呢。”

除了排列问题，研究人员认为大样品颗粒之间的杂质使得电流很难从一个颗粒流向另一个颗粒，这降低了临界电流密度。在此，熔化构成生长技术似乎也有所裨益，“我们猜想它消除了颗粒间的界限。”

Dynes进而讲道，“熔化构成生长方法的真正优越之处，是指明了今后前进的方向，我们甚至还没有接近极点，我们实在不清楚最重要的变化是什么”。当问到他是否期望临界电流密度能通过十种或者上百种因素得到提高时，他说有希望，“但期望这字眼太强烈了”。

即使临界电流密度提高到可以接受的水平，研究人员暗示了几个其它可能会限制超导体的实际应用问题，或许这些问题中，最尖锐的莫过于超导体的脆硬。如果，新的超导体可用于强磁场（是当今超导体最主要的用途）研究人员必须弄清如何把超导体做成导线并把该导线缠制成磁体。

迄今为止，他们还不怎么幸运，伊利诺斯州的阿贡国家实验室的材料科学主任，Mewin Broadoky说，当该实验室第一次制做超导线时，一段9英寸的导线弯曲1/4英寸时断裂，从那时起，阿贡实验室就只设法改进超导线的柔性，以图使9英寸的导线能弯曲3/4英寸。其他的实验室也有类似实验。

还是陶瓷专家们知道一些使陶瓷材料更柔韧的技巧，并且，更多的小组正试图把这些技术应用于1-2-3超导体。

例如，在阿贡，材料研究人员正在做控制超导体样品缺陷分布的实验。陶瓷处理主任Roger Rpppel说，当陶瓷材料加上一个负荷时，应力集中于缺陷之处，也就是晶体结构不完美的地方。缺陷越大的地方，集中的应力就越大。就在这些缺陷之处，产生断裂并向外扩展。Koppel说，他的小组正试图获得一个缺陷均匀分布的材料，以使其均匀地吸收应力，不致轻易断裂。

Roppel说，该技巧准备用来控制最初混合物颗粒大小，然后，当材料熔结的时候，控制颗粒的生长。如果不仔细控制温度特征，则以不能形成较小的颗粒为代价，倾向于生成较大的颗粒，较大的颗粒易产生不均匀的缺陷分布。

此技术可能稍微改进了1-2-3超导体的力学性质，但许多研究人员预测它们仍保持相对僵硬，在获得其他期望的性质（如较高的临界电流密度）的同时，改进超导体的强度和柔性特别困难，例如，Dynes报告，用熔化构成生长技术制做的超导体显示出和一般处理的样品同样的脆性。尽管他的小组最初希望其技术能同时改进力学特性和电流密度。

贝尔实验室方法产生的颗粒甚至可能对改进强g和柔性起负作用。Roppel指出，在最后一步处理中，于400 K左右加入氧气，使材料冷却，较大的颗粒有引起破裂的倾向。在这个过程中，Ba₂Cu₃O₆变成了晶体结构与之有微小差异的YBa₂Cu₃O₇。较大的颗粒不易吸收从一种结构变成另一种结构所带来的应力，这就导致了断裂。

除了临界电流密度和力学性质的工作外，些实验室正研究1-2-3超导体复合物与其他各种材料接触时的性能。在应用超导体薄膜的情况下（此处是在一个基础层上涂上一层超导体薄膜，然后把该薄膜的大部分腐蚀掉），接触问题是经过特别处理的。因为超导体的各部分离其他材料距离都不大、科学家们设想，从无电阻通讯线连接手段到超速电子转换开关，超导薄膜在电子系统中起着重要作用。

要想使超导薄层表现出预测的结果的话，基础薄层，或日基质必须仔细地与超导体相适应，最理想的是，基质与超导体的晶体结构一致，以使超导薄膜缺陷和位错最少。一般选择晶体结构近似于YBa₂Cu₃O₇的锶和钛做基片物质。

尽管如此，研究人员对坚硬的钛并不完全满意，除了价格昂贵外，在冷却褪火处理阶段，该物质有与超导体彼此扩散的倾向，这毫不奇怪——在冷却1-2-3超导体所必需的700℃下，绝大多数材料相邻层之间会互相交换原子。这给超导体带来了麻烦，因为超导体对样品中的单个原子的特性及含硅基片原子的溢出十分敏感。例如，研究人员已经发现了完全破坏了超导性的互相扩散现象。

不幸的是，硅是多数半导体的主要成分。因此科学家们希望能够把硅和电子线路中的超导体结合起来。研究人员正在寻找硅与超导体之间的阻挡层，以防处理中彼此扩散。超导体（很少使用它们联接两个电子元件）很少用于约瑟夫森结——一种根据使用电流和外加磁场不停地接断电压、有两个端点的电子仪器。“显然首先做做的事情是制做约瑟夫森隧穿结”。威斯廷霍斯的John Talvachio说。

约瑟夫森隧穿结不仅应当是一个有用的电子元件，而且，它所联接的两个元件构成了一个SQUID（超导量子干涉仪）——一种非常敏感的磁场探测装置，液氦超导体制做的SQUID现在正应用于医学诊断和地质调查。

迄今为止还没有人造成一个实用的约瑟夫森结，尽管有好几个实验室在做这方面的工作。隧穿结基本上是由两个超导层，夹一个绝缘层组成的，电流借助量子隧穿效应从一个超导层穿过绝缘层流向另一个超导层，在威斯廷霍斯，Talvachio说他的小组正坚持放置第一层超导体。

Talvachio说，问题在于，及至绝缘层边缘的超导层必须有一个完美的组成，约瑟夫森结的电学特性依赖于位于绝缘层一个相关长度之内的超导层部分，因为对新的1-2-3超导体来说，比起旧的材料的相干长度（传送超导体电流的电子对的物理隔离）是非常小的。新材料制做的约瑟夫森结对边界层的变化是非常敏感的。

Talvachio说，他的小组已不能生产制做在其上面10A——即表面上一个粘着长度内一超导的一层超导体。当超导体在氧中退火时，该过程将导致大量的铂集中于表面。当他的小组试着用离子磨蚀修齐至50?时，遗留层附近存有大量的铱。

Takachio说，看来，最有前途的技术是在氧处理中快速冷却超导体，如果冷却的足够快，铂就没有时间移到表面来。

已引起关注却不能提高1-2-3超导体商业应用价值的另一个可能的材料问题是超导体的令人疑虑的稳定性问题，有报道说，该材料很容易与水和二氧化碳反应，几个研究人员说，由于他们推测到与水和二氧化碳的反应取决于样品中的杂质，此时稳定性问题也就不复存在了。

面对1-2-3超导体的各种问题，或许能够用最简单的办法找到易于处理的高温超导体的，或许就已经找到了。上个月，分别在日本和休斯敦大学的两个小组，宣布发现了在变成超导的材料。临界温度的问题是至关重要的。同等重要的是原始报告显示了新的铋 - 锶－钙 - 锔－氧超导体不像1-2-3超导体那样难于处理。例如，他们的片状结构比1-2-3超导体更具柔性，新的超导材料也更具稳定性，不必在较高的温度下处理，并且它不需要最后的加氧煺火处理，前面1-2-3超导体是需要的。研究人员还没有宣布新材料的临界电流密度。

最近，又发现一个高温超导体，临界温度大约是23 K，这个超导物质是由铊 - 钡－铜和氧组成的，由于新近发现，研究人员还无法预言它的物理和力学性质。

—年来，在1-2-3超导体方面的紧张工作已为新的超导材料更快地进展奠定了基础。“在一两周内，我们就会对这些材料有充分的认识（如果他们期望去认识的话）。”阿贡的Broadsky说：“如果性能看起来相当好，我认为人们就会沿着这个方向迅飞猛进果真如此的话，1-2-3超导体有逐渐衰落的可能，不复存在，但在研究1-2-3超导体上花费的时间不会白费，我们会利用我们在一起研究新材料时所获得的信息的”他说：“看起来它们将会更加复杂”。

[Science，1988年4月1日］