羅烜裕 2003/5/15 超導體的發現 20 世紀初期，低溫物理的發展由於液化氦氣技術的發明，使得 低溫研究更進一步地延伸到 1 K 左右的區域。當時對低溫下金屬 所表現的電性仍不清楚，以致各研究群慨法不一，因此許多科 學家均積極進行實驗來觀察分析金屬於低溫下的變化。在這些 研究群中，位於荷蘭的萊登實驗室也是其中之一，而他們在 1911 年的發現則開啟了超導體研究的序幕。西元 1911 年時，萊 登實驗室的 Kamerlingh-Onnes 等人已將許多金屬冷卻至極低溫， 發現其電阻會隨著溫度下降而下降。在這些金屬中，某一些種 類其電阻在極低溫時電阻會出乎意料的驟降為零，例如水銀 (Hg) 。 水銀在 4.2 K 以上時仍有電阻存在，但溫度再低至 4.2 K 以下時， 電阻突然消失了！ ( 圖三 ) ，此時電阻值已低於室溫值百萬分之一 以下，於 1.5 K 時更是僅有十億分之一，此時水銀已進入了一種 新的狀態，而由於它的特殊電性， Kamerlingh-Onnes 等人把此種 特殊狀態下的水銀稱之為 ” 超導體 ” 。

羅烜裕 2003/5/15 零電阻！！ 導體首先被發現就是因為其 電阻非常小，歐尼斯當初為 了想求出電阻有多小，他讓 超 導體產生一感應電流。一 年後再量測此一電流的大小， 進而推算出電阻最大只有約 室溫的 一千億分之一而已， 所以將其視為零電阻是合理 的。且超導的零電阻不是逐 漸降到零，而 是達到臨界溫 度時迅速降低到零。

羅烜裕 2003/5/15 反磁性！！ 超導體有一項重要的特性，即是會反 抗磁場。假如將一塊磁鐵接近一呈超 導態的 超導體，此時你會發現磁鐵會 有一外力排斥它，就好像兩同極磁鐵 接近般。這個現象在 1933 年被麥斯納 (Meissner) 發現，所以又稱為 Meissner 效應。這是因為在超導態時， 當磁場 接近，會在超導體表面產生一永久電 流環，排斥外來的磁場。 超導的反磁效應，可以用來屏蔽磁場。 磁浮的現象可作為磁浮列車，也 能作 成類似軸承裝置，大量減少摩擦。摩 擦力非常小的情況下，可以將 動能儲 存在磁浮狀態的轉子上，也是一種儲 能裝置

羅烜裕 2003/5/15 約瑟夫穿隧效應 ！！ 若把兩個超導體中間夾一薄層的絕緣體，則絕緣層也會出現一微 弱的超導電流，而能通電。 而在兩超導體上施加某一定的電壓時， 則能得到一甚強之共振電流。這就是約瑟夫效應， 這是由兩分開 的超導體中的超導電子相互合作產生的。 這一個現象對磁場非常 敏感，所以可以利用它來偵測磁場的變化。 最著名的例子即是 SQUID ， 我們稱為超導量子干涉儀。它可以偵 測到非常微弱的磁場變化，這可以 讓我們探索生物中微小電流所 產生的磁場，如腦波、神經訊號等，解開 生理上的謎題。電影 「二十世紀的最後一天」中，即是利用 SQUID 收集 別人的腦波。 它也能用來探測地殼構造，礦藏等。而約瑟夫元件其運作速度為 目前半 導體十倍以上，卻消耗不到十分之一的電力，即有可能為 下一代超級電 腦的重要關鍵技術之一。

羅烜裕 2003/5/15 第一代超導陶瓷 第一代超導陶瓷典型代表為 鑭鋇銅氧超導體 (LaBaCuO) ， 它是由 IBM 公司的研究員貝茲 和幕勒 發現的，也開啟此一 鋇銅氧化合物超導體的時代。 第一代超導的臨界溫度約在 30K~50K 左右， 超導電流在 圖中粉紅平面流動。

羅烜裕 2003/5/15 第二代超導陶瓷 最著名的莫過於釔鋇銅氧 ( 簡稱 YBCO) 超導體，它也是由朱經 武與吳茂昆博士發現 的第一個臨界溫度超過液態氮沸點的超 導體。它的結構如下圖，超導電流則 沿此平面流動，或沿底 部的銅氧黃色平面流動。

羅烜裕 2003/5/15 超導列車 由於與地面沒有接觸，磁浮列車沒有一般列車會遭遇到的摩 擦力問題，其速度可較傳統列車高，目前紀錄由日本的磁浮 列車所創下，為每小時 517 公里。雖然利用一般電磁鐵的相吸 相斥亦可製造磁浮列車，但配置有高溫超導體的磁浮列車由 於磁力較強，故可浮的較高；一般僅使用電磁鐵的磁浮列車 其離地高度僅 1 公分，而採用超導體者可達 10 公分。於實際應 用上，此種差異則會造成相當大的影響：若列車運行時遭遇 地震，離地 10 公分的磁浮列車自然會較離地僅 1 公分高的磁浮 列車安全許多。在這方面高溫超導體的優點可說十分顯著， 特別是在位於地震帶上的台灣，如想要利用磁浮列車作為運 輸工具，利用超導體的磁浮列車絕對是不二選擇。

羅烜裕 2003/5/15 核磁共振造影 MRI 超導體除了在學術、能源及運輸等方面的用途 之外，在醫療方面也有所貢獻，核磁共振顯像 (Magnetic Resonance Imaging ; MRI) 即為一例。 核磁共振斷層掃描儀其原理乃是利用核磁共振 原理，觀察體內某一種原子核的變化分布 ( 主 要是氫原子 ) ，將結果顯像為人體斷層掃描圖， 以觀察身體中病灶組織的變化。引起原子的核 磁共振現象需要一磁場，又掃描解析度的值與 磁場的強弱成正比，在此種考量下具強大磁場 的超導磁鐵當然是不二人選，配置有超導磁鐵 的核磁共振斷層掃描儀，可產生高解析的人體 斷層掃描圖。此外，類似的核磁共振儀裝置也 被用於科學分析上，可對有機物之組成或固態 物質之鍵結作一有效精確的量測。