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超导材料基础知识介绍
超导资料具有在一定的高温条件下出现出电阻等于零以及排挤磁力线的性质的资料。现已发现有28种元素和几千种合金和化合物可以成爲超导体。
特性 超导资料和惯例导电资料的功能有很大的不同。次要有以下功能。①零电阻性：超导资料处于超导态时电阻爲零，可以无损耗地传输电能。假如用磁场在超导环中引发感生电流，这一电流可以毫不衰减地维持下去。这种“继续电流”已屡次在实验中察看到。②完全抗磁性：超导资料处于超导态时，只需外加磁场不超越一定值，磁力线不能透入，超导资料内的磁场恒爲零。③约瑟夫森效应：两超导资料之间有一薄绝缘层（厚度约1nm）而构成低电阻衔接时，会有电子对穿过绝缘层构成电流，而绝缘层两侧没有电压，即绝缘层也成了超导体。当电流超越一定值后，绝缘层两侧呈现电压U（也可加一电压U），同时，直流电流变为高频交流电，并向外辐射电磁波，其频率爲，其中h爲普朗克常数，e爲电子电荷。这些特性构成了超导资料在迷信技术范畴越来越有目共睹的各类使用的根据。
根本临界参量 有以下3个根本临界参量。①临界温度:外磁场爲零时超导资料由正常态转变爲超导态(或相反)的温度，以Tc表示。Tc值因资料不同而异。已测得超导资料的最低Tc是钨，爲0.012K。到1987年，临界温度最高值已进步到100K左右。②临界磁场：使超导资料的超导态毁坏而转变到正常态所需的磁场强度，以Hc表示。Hc与温度T的关系爲Hc=H0[1-(T/Tc)2]，式中H0爲0K时的临界磁场。③临界电流和临界电流密度：经过超导资料的电流到达一定数值时也会使超导态破态而转变爲正常态，以Ic表示。Ic普通随温度和外磁场的添加而增加。单位截面积所承载的Ic称爲临界电流密度，以Jc表示。
超导资料的这些参量限定了使用资料的条件，因此寻觅高参量的新型超导资料成了人们研讨的重要课题。以Tc爲例，从1911年荷兰物理学家H.开默林－昂内斯发现超导电性(Hg，Tc=4.2K)起，直到1986年以前，人们发现的最高的Tc才到达23.2K(Nb3Ge，1973)。1986年瑞士物理学家K.A.米勒和联邦德国物理学家J.G.贝德诺尔茨发现了氧化物陶瓷资料的超导电性，从而将Tc进步到35K。之后仅一年工夫，新资料的Tc已进步到100K左右。这种打破爲超导资料的使用开拓了宽广的前景，米勒和贝德诺尔茨也因而荣获1987年诺贝尔物理学奖金。
分类 超导资料按其化学成分可分爲元素资料、合金资料、化合物资料和超导陶瓷。①超导元素：在常压下有28种元素具超导电性，其中铌（Nb）的Tc最高，爲9.26K。电工中实践使用的次要是铌和铅(Pb，Tc=7.201K)，已用于制造超导交流电力电缆、高Q值谐振腔等。②合金资料：超导元素参加某些其他元素作合金成分，可以使超导资料的全部功能进步。如最先使用的铌锆合金(Nb-75Zr)，其Tc爲10.8K，Hc爲8.7特。继后开展了铌钛合金，虽然Tc稍低了些，但Hc高得多，在给定磁场能承载更大电流。其功能是Nb-33Ti，Tc=9.3K，Hc＝11.0特；Nb-60Ti，Tc=9.3K，Hc=12特(4.2K)。目前铌钛合金是用于7～8特磁场下的次要超导磁体资料。铌钛合金再参加钽的三元合金，功能进一步进步，Nb-60Ti-4Ta的功能是，Tc＝9.9K，Hc=12.4特（4.2K）；Nb-70Ti-5Ta的功能是，Tc=9.8K，Hc=12.8特。③超导化合物:超导元素与其他元素化合常有很棒的超导功能。如已少量运用的Nb3Sn，其Tc=18.1K，Hc=24.5特。其他重要的超导化合物还有V3Ga，Tc=16.8K，Hc=24特；Nb3Al，Tc=18.8K，Hc=30特。④超导陶瓷：20世纪80年代初，米勒和贝德诺尔茨开端留意到某些氧化物陶瓷资料能够有超导电性，他们的小组对一些资料停止了实验，于1986年在镧－钡－铜－氧化物中发现了Tc=35K的超导电性。1987年，中国、美国、日本等国迷信家在钡－钇－铜氧化物中发现Tc处于液氮温区有超导电性，使超导陶瓷成爲极有开展前景的超导资料。
使用 超导资料具有的优异特性使它从被发现之日起，就向人类展现了诱人的使用前景。但要实践使用超导资料又遭到一系列要素的制约，这首先是它的临界参量，其次还有资料制造的工艺等成绩（例如脆性的超导陶瓷如何制成柔细的线材就有一系列工艺成绩）。到80年代，超导资料的使用次要有：①应用资料的超导电性可制造磁体，使用于电机、高能粒子减速器、磁悬浮运输、受控热核反响、储能等；可制造电力电缆，用于大容量输电（功率可达10000MVA）；可制造通讯电缆和天线，其功能优于惯例资料。②应用资料的完全抗磁性可制造无摩擦陀螺仪和轴承。③应用约瑟夫森效应可制造一系列精细测量仪表以及辐射探测器、微波发作器、逻辑元件等。应用约瑟夫森结作计算机的逻辑和存储元件，其运算速度比高功能集成电路的快10～20倍，功耗只要四分之一。
1911年，荷兰物理学家昂尼斯(1853～1926)发现，水银的电阻率并不象意料的那样随温度降低逐步减小，而是当温度降到4.15K左近时，水银的电阻忽然降到零。某些金属、合金和化合物，在温度降到相对零度左近某一特定温度时，它们的电阻率忽然减小到无法测量的景象叫做超导景象，可以发作超导景象的物质叫做超导体。超导体由正常态转变爲超导态的温度称爲这种物质的转变温度(或临界温度)TC。现已发现大少数金属元素以及数以千计的合金、化合物都在不同条件下显示出超导性。如钨的转变温度爲0.012K，锌爲0.75K，铝爲1.196K，铅爲7.193K。
超导体得天独厚的特性，使它能够在各种范畴失掉普遍的使用。但由于晚期的超导体存在于液氦极高温度条件下，极大地限制了超导资料的使用。人们不断在探究低温超导体，从1911年到1986年，75年间从水银的4．2K进步到铌三锗的23．22K，才进步了19K。
1986年，低温超导体的研讨获得了严重的打破。掀起了以研讨金属氧化物陶瓷资料爲对象，以寻觅高临界温度超导体爲目的的“超导热”。全世界有260多个实验小组参与了这场竞赛。
1986年1月，美国国际商用机器公司设在瑞士苏黎世实验室迷信家柏诺兹和缪勒首先发现钡镧铜氧化物是低温超导体，将超导温度进步到30K；紧接着，日本东京大学工学部又将超导温度进步到37K；12月30日，美国休斯敦大学宣布，美籍华裔迷信家朱经武又将超导温度进步到40．2K。
1987年1月初，日本川崎国立分子研讨所将超导温度进步到43K；不久日本综合电子研讨所又将超导温度进步到46K和53K。中国迷信院物理研讨所由赵忠贤、陈立泉指导的研讨组，取得了48．6K的锶镧铜氧系超导体，并看到这类物质有在70K发作转变的迹象。2月15日美国报道朱经武、吴茂昆取得了98K超导体。2月20日，中国也宣布发现100K以上超导体。3月3日，日本宣布发现123K超导体。3月12日中国北京大学成功地用液氮停止超导磁悬浮实验。3月27日美国华裔迷信家又发如今氧化物超导资料中有转变温度爲240K的超导迹象。很快日本鹿儿岛大学工学部发现由镧、锶、铜、氧组成的陶瓷资料在14℃温度下存在超导迹象。低温超导体的宏大打破，以液态氮替代液态氦作超导制冷剂取得超导体，使超导技术走向大规模开发使用。氮是空气的次要成分，液氮制冷机的效率比液氦至多高10倍，所以液氮的价钱实践仅相当于液氦的1／100。液氮制冷设备复杂，因而，现有的低温超导体虽然还必需用液氮冷却，但却被以为是20世纪迷信上最伟大的发现之一。
超导迷信研讨
1.十分规超导体磁通动力学和超导机理
次要研讨混合态区域的磁通线运动的机理，不可逆线性质、原因及其与磁场和温度的关系，临界电流密度与磁场和温度的依赖关系及各向异性。超导机理研讨侧重于研讨正常态在强磁场下的磁阻、霍尔效应、涨落效应、费米面的性质以及T
2.强磁场下的低维凝聚态特性研讨
低维性使得低维体系表现出三维体系所没有的特性。低维不波动性招致了多种有序相。强磁场是提醒低维凝聚态特性的无效手腕。次要研讨内容包括：无机铁磁性的构造和来源；无机（包括富勒烯）超导体的机理和磁性；强磁场下二维电子气中非线性元激起的特异属性；低维磁性资料的相变和磁互相作用；无机导体在磁场中的输运和载流子特性；磁场中的能带构造和费米面特征等。
3.强磁场下的半导体资料的光、电等特性
强磁场技术对半导体迷信的开展愈益变得重要，由于在各种物理要素中，外磁场是独一在坚持晶体构造不变的状况下改动动量空间对称性的物理要素，因此在半导体能带构造研讨以及元激起及其互作用研讨中，磁场有着特别重要的作用。经过对强磁场下半导体资料的光、电等特性展开实验研讨，可进一步了解和掌握半导体的光学、电学等物感性质，从而爲制造具有各种功用的半导体器件并开展高科技作根底性探究。
4.强磁场下极微细尺度中的物理成绩
极微细尺度体系中呈现许多惯例资料不具有的新景象和奇特特性，这与这类资料的微构造特别是电子构造亲密相关。强磁场爲研讨极微细尺度体系的电子态和输运特性提供强无力的手腕，不但能进一步提醒这类资料在惯例条件下难以呈现的奇特景象，而且爲在更深层次下看法其物理特性提供丰厚的迷信信息。次要研讨强磁场下极微细尺度金属、半导体等的电子输运、电子局域和关联特性；量子尺寸效应、量子限域效应、小尺寸效应和外表、界面效应；以及极微细尺度氧化物、碳化物和氮化物的光学特性及能隙精密构造等。
5.强磁场化学
强磁场对化学反响电子自旋和核自旋的作用，可招致相应化学键的松驰，形成新键生成的有利条件，诱发普通条件下无法完成的物理化学变化，取得原来无法制备的新资料和新化合物。强磁场化学是使用根底性很强的新范畴，有一系列实际课题和普遍使用前景。近期可展开水和无机溶剂的磁化及机理研讨以及强磁场诱发新化学反响研讨等。
6.磁场下的生物学、生物－医学研讨等
磁体迷信和技术
强磁场的价值在于对物理学知识有重要奉献。八十年代的一个概念上的重要停顿是量子霍尔效应和分数量子霍耳效应的发现。这是在强磁场下研讨二维电子气的输运景象时发现的（获85年诺贝尔奖）。量子霍尔效应和分数量子霍尔效应的发现激起物理学家探究其来源的热情，并在树立电阻的自然基准，准确测定根本物理常数e，h和精密构造常数(＝e2/h(0c等使用方面，已显示宏大意义。低温超导电性机理的最终提醒在很大水平上也将依赖于人们在强磁场下对低温超导体功能的探究。
熟习物理学史的人都清楚，由固体物理学演化爲凝聚态物理学，其重要标志就在于其研讨对象的日益扩展，从周期构造延伸到非周期构造，从三维晶体拓宽到低维和高维，乃至分数维体系。这些新对象展现了少量新的特性和物理景象，物理机理与传统的也大不相反。这些新对象的发生以及对新效应、新景象的解释使得凝聚态物理学得以不时的丰厚和开展。在此进程中，极端条件不断起着至关重要的作用，由于极端条件往往使得某些要素突出出来而同时抑制其它要素，从而使本来很复杂的进程变得较爲复杂，有利于间接理解物理实质。
绝对于其它极端条件，强磁场有其本身的特征。强磁场的作用是改动一个零碎的物理形态，即改动角动量（自旋）和带电粒子的轨道运动，因而，也就改动了物理零碎的形态。正是在这点上，强磁场不同于物理学的其他一些比拟昂贵的手腕，如中子源和同步减速器，它们没有改动所研讨零碎的物理形态。磁场可以发生新的物理环境，并招致新的特性，而这种新的物理环境和新的物理特性在没有磁场时是不存在的。高温也能招致新的物理形态，如超导电性和相变，但强磁场极不同于高温，它比高温更无效，这是由于磁场使带电的和磁性粒子的远动和能量量子化，并毁坏工夫反演对称性，使它们具有更共同的性质。
强磁场可以在坚持晶体构造不变的状况下改动动量空间的对称性，这对固体的能带构造以及元激起及其互作用等研讨是十分重要的。固体复杂的费米面构造正是应用强磁场使得电子和空穴在特定方向上的自在运动从而招致磁化和磁阻的振荡这一原理而得以证明的。固体中的费米面构造及特征研讨不断是凝聚态物理学范畴中的前沿课题。当今凝聚态物理根底研讨的许多严重热点都离不开强磁场这一极端条件，甚至很多是以强磁场下的研讨作爲根底。如波色凝聚只发作在动量空间，要在实空间中察看到此景象必需在非平均的强磁场中才得以能够。又如低温超导的机理成绩、量子霍尔效应研讨、纳米资料和介观物体中的物理成绩、巨磁阻效应的物理原因、无机铁磁性的构造和来源、无机（包括富勒烯〕超导体的机理和磁性、低维磁性资料的相变和磁互相作用、固体中的能带构造和费米面特征以及元激起及其互作用研讨等等，强磁场下的研讨任务将有助于对这些成绩的正确看法和提醒，从而促进凝聚态物理学的进一步开展和完善。
带电粒子象电子、离子等以及某些极性分子的运动在磁场特别是在强磁场中会发生基本性变化。因而，研讨强磁场对化学反响进程、外表催化进程、资料特别是磁性资料的生成进程、生物效应以及液晶的生成进程等的影响，有能够获得新的发现，发生穿插学科的新课题。强磁场使用于资料迷信爲新的功用资料的开发另辟新径，这方面的,,,任务在国外备受注重，在国际,也开端有所要求。低温超导体也正是由于在将来的强电范畴中蕴藏着不可估量的使用前景才惹起科技界乃至各国政府的高度注重。因而，强磁场下的物理、化学等研讨，无论是从根底研讨的角度还是从使用角度思索都具有十分重要的迷信和技术上的意义，经过这一研讨，不只有助于将当代的根底性研讨向更深层次开辟，而且还会对国民经济的开展起着重要的推进作用。
特性 超导资料和惯例导电资料的功能有很大的不同。次要有以下功能。①零电阻性：超导资料处于超导态时电阻爲零，可以无损耗地传输电能。假如用磁场在超导环中引发感生电流，这一电流可以毫不衰减地维持下去。这种“继续电流”已屡次在实验中察看到。②完全抗磁性：超导资料处于超导态时，只需外加磁场不超越一定值，磁力线不能透入，超导资料内的磁场恒爲零。③约瑟夫森效应：两超导资料之间有一薄绝缘层（厚度约1nm）而构成低电阻衔接时，会有电子对穿过绝缘层构成电流，而绝缘层两侧没有电压，即绝缘层也成了超导体。当电流超越一定值后，绝缘层两侧呈现电压U（也可加一电压U），同时，直流电流变为高频交流电，并向外辐射电磁波，其频率爲，其中h爲普朗克常数，e爲电子电荷。这些特性构成了超导资料在迷信技术范畴越来越有目共睹的各类使用的根据。
根本临界参量 有以下3个根本临界参量。①临界温度:外磁场爲零时超导资料由正常态转变爲超导态(或相反)的温度，以Tc表示。Tc值因资料不同而异。已测得超导资料的最低Tc是钨，爲0.012K。到1987年，临界温度最高值已进步到100K左右。②临界磁场：使超导资料的超导态毁坏而转变到正常态所需的磁场强度，以Hc表示。Hc与温度T的关系爲Hc=H0[1-(T/Tc)2]，式中H0爲0K时的临界磁场。③临界电流和临界电流密度：经过超导资料的电流到达一定数值时也会使超导态破态而转变爲正常态，以Ic表示。Ic普通随温度和外磁场的添加而增加。单位截面积所承载的Ic称爲临界电流密度，以Jc表示。
超导资料的这些参量限定了使用资料的条件，因此寻觅高参量的新型超导资料成了人们研讨的重要课题。以Tc爲例，从1911年荷兰物理学家H.开默林－昂内斯发现超导电性(Hg，Tc=4.2K)起，直到1986年以前，人们发现的最高的Tc才到达23.2K(Nb3Ge，1973)。1986年瑞士物理学家K.A.米勒和联邦德国物理学家J.G.贝德诺尔茨发现了氧化物陶瓷资料的超导电性，从而将Tc进步到35K。之后仅一年工夫，新资料的Tc已进步到100K左右。这种打破爲超导资料的使用开拓了宽广的前景，米勒和贝德诺尔茨也因而荣获1987年诺贝尔物理学奖金。
分类 超导资料按其化学成分可分爲元素资料、合金资料、化合物资料和超导陶瓷。①超导元素：在常压下有28种元素具超导电性，其中铌（Nb）的Tc最高，爲9.26K。电工中实践使用的次要是铌和铅(Pb，Tc=7.201K)，已用于制造超导交流电力电缆、高Q值谐振腔等。②合金资料：超导元素参加某些其他元素作合金成分，可以使超导资料的全部功能进步。如最先使用的铌锆合金(Nb-75Zr)，其Tc爲10.8K，Hc爲8.7特。继后开展了铌钛合金，虽然Tc稍低了些，但Hc高得多，在给定磁场能承载更大电流。其功能是Nb-33Ti，Tc=9.3K，Hc＝11.0特；Nb-60Ti，Tc=9.3K，Hc=12特(4.2K)。目前铌钛合金是用于7～8特磁场下的次要超导磁体资料。铌钛合金再参加钽的三元合金，功能进一步进步，Nb-60Ti-4Ta的功能是，Tc＝9.9K，Hc=12.4特（4.2K）；Nb-70Ti-5Ta的功能是，Tc=9.8K，Hc=12.8特。③超导化合物:超导元素与其他元素化合常有很棒的超导功能。如已少量运用的Nb3Sn，其Tc=18.1K，Hc=24.5特。其他重要的超导化合物还有V3Ga，Tc=16.8K，Hc=24特；Nb3Al，Tc=18.8K，Hc=30特。④超导陶瓷：20世纪80年代初，米勒和贝德诺尔茨开端留意到某些氧化物陶瓷资料能够有超导电性，他们的小组对一些资料停止了实验，于1986年在镧－钡－铜－氧化物中发现了Tc=35K的超导电性。1987年，中国、美国、日本等国迷信家在钡－钇－铜氧化物中发现Tc处于液氮温区有超导电性，使超导陶瓷成爲极有开展前景的超导资料。
使用 超导资料具有的优异特性使它从被发现之日起，就向人类展现了诱人的使用前景。但要实践使用超导资料又遭到一系列要素的制约，这首先是它的临界参量，其次还有资料制造的工艺等成绩（例如脆性的超导陶瓷如何制成柔细的线材就有一系列工艺成绩）。到80年代，超导资料的使用次要有：①应用资料的超导电性可制造磁体，使用于电机、高能粒子减速器、磁悬浮运输、受控热核反响、储能等；可制造电力电缆，用于大容量输电（功率可达10000MVA）；可制造通讯电缆和天线，其功能优于惯例资料。②应用资料的完全抗磁性可制造无摩擦陀螺仪和轴承。③应用约瑟夫森效应可制造一系列精细测量仪表以及辐射探测器、微波发作器、逻辑元件等。应用约瑟夫森结作计算机的逻辑和存储元件，其运算速度比高功能集成电路的快10～20倍，功耗只要四分之一。
1911年，荷兰物理学家昂尼斯(1853～1926)发现，水银的电阻率并不象意料的那样随温度降低逐步减小，而是当温度降到4.15K左近时，水银的电阻忽然降到零。某些金属、合金和化合物，在温度降到相对零度左近某一特定温度时，它们的电阻率忽然减小到无法测量的景象叫做超导景象，可以发作超导景象的物质叫做超导体。超导体由正常态转变爲超导态的温度称爲这种物质的转变温度(或临界温度)TC。现已发现大少数金属元素以及数以千计的合金、化合物都在不同条件下显示出超导性。如钨的转变温度爲0.012K，锌爲0.75K，铝爲1.196K，铅爲7.193K。
超导体得天独厚的特性，使它能够在各种范畴失掉普遍的使用。但由于晚期的超导体存在于液氦极高温度条件下，极大地限制了超导资料的使用。人们不断在探究低温超导体，从1911年到1986年，75年间从水银的4．2K进步到铌三锗的23．22K，才进步了19K。
1986年，低温超导体的研讨获得了严重的打破。掀起了以研讨金属氧化物陶瓷资料爲对象，以寻觅高临界温度超导体爲目的的“超导热”。全世界有260多个实验小组参与了这场竞赛。
1986年1月，美国国际商用机器公司设在瑞士苏黎世实验室迷信家柏诺兹和缪勒首先发现钡镧铜氧化物是低温超导体，将超导温度进步到30K；紧接着，日本东京大学工学部又将超导温度进步到37K；12月30日，美国休斯敦大学宣布，美籍华裔迷信家朱经武又将超导温度进步到40．2K。
1987年1月初，日本川崎国立分子研讨所将超导温度进步到43K；不久日本综合电子研讨所又将超导温度进步到46K和53K。中国迷信院物理研讨所由赵忠贤、陈立泉指导的研讨组，取得了48．6K的锶镧铜氧系超导体，并看到这类物质有在70K发作转变的迹象。2月15日美国报道朱经武、吴茂昆取得了98K超导体。2月20日，中国也宣布发现100K以上超导体。3月3日，日本宣布发现123K超导体。3月12日中国北京大学成功地用液氮停止超导磁悬浮实验。3月27日美国华裔迷信家又发如今氧化物超导资料中有转变温度爲240K的超导迹象。很快日本鹿儿岛大学工学部发现由镧、锶、铜、氧组成的陶瓷资料在14℃温度下存在超导迹象。低温超导体的宏大打破，以液态氮替代液态氦作超导制冷剂取得超导体，使超导技术走向大规模开发使用。氮是空气的次要成分，液氮制冷机的效率比液氦至多高10倍，所以液氮的价钱实践仅相当于液氦的1／100。液氮制冷设备复杂，因而，现有的低温超导体虽然还必需用液氮冷却，但却被以为是20世纪迷信上最伟大的发现之一。
超导迷信研讨
1.十分规超导体磁通动力学和超导机理
次要研讨混合态区域的磁通线运动的机理，不可逆线性质、原因及其与磁场和温度的关系，临界电流密度与磁场和温度的依赖关系及各向异性。超导机理研讨侧重于研讨正常态在强磁场下的磁阻、霍尔效应、涨落效应、费米面的性质以及T
2.强磁场下的低维凝聚态特性研讨
低维性使得低维体系表现出三维体系所没有的特性。低维不波动性招致了多种有序相。强磁场是提醒低维凝聚态特性的无效手腕。次要研讨内容包括：无机铁磁性的构造和来源；无机（包括富勒烯）超导体的机理和磁性；强磁场下二维电子气中非线性元激起的特异属性；低维磁性资料的相变和磁互相作用；无机导体在磁场中的输运和载流子特性；磁场中的能带构造和费米面特征等。
3.强磁场下的半导体资料的光、电等特性
强磁场技术对半导体迷信的开展愈益变得重要，由于在各种物理要素中，外磁场是独一在坚持晶体构造不变的状况下改动动量空间对称性的物理要素，因此在半导体能带构造研讨以及元激起及其互作用研讨中，磁场有着特别重要的作用。经过对强磁场下半导体资料的光、电等特性展开实验研讨，可进一步了解和掌握半导体的光学、电学等物感性质，从而爲制造具有各种功用的半导体器件并开展高科技作根底性探究。
4.强磁场下极微细尺度中的物理成绩
极微细尺度体系中呈现许多惯例资料不具有的新景象和奇特特性，这与这类资料的微构造特别是电子构造亲密相关。强磁场爲研讨极微细尺度体系的电子态和输运特性提供强无力的手腕，不但能进一步提醒这类资料在惯例条件下难以呈现的奇特景象，而且爲在更深层次下看法其物理特性提供丰厚的迷信信息。次要研讨强磁场下极微细尺度金属、半导体等的电子输运、电子局域和关联特性；量子尺寸效应、量子限域效应、小尺寸效应和外表、界面效应；以及极微细尺度氧化物、碳化物和氮化物的光学特性及能隙精密构造等。
5.强磁场化学
强磁场对化学反响电子自旋和核自旋的作用，可招致相应化学键的松驰，形成新键生成的有利条件，诱发普通条件下无法完成的物理化学变化，取得原来无法制备的新资料和新化合物。强磁场化学是使用根底性很强的新范畴，有一系列实际课题和普遍使用前景。近期可展开水和无机溶剂的磁化及机理研讨以及强磁场诱发新化学反响研讨等。
6.磁场下的生物学、生物－医学研讨等
磁体迷信和技术
强磁场的价值在于对物理学知识有重要奉献。八十年代的一个概念上的重要停顿是量子霍尔效应和分数量子霍耳效应的发现。这是在强磁场下研讨二维电子气的输运景象时发现的（获85年诺贝尔奖）。量子霍尔效应和分数量子霍尔效应的发现激起物理学家探究其来源的热情，并在树立电阻的自然基准，准确测定根本物理常数e，h和精密构造常数(＝e2/h(0c等使用方面，已显示宏大意义。低温超导电性机理的最终提醒在很大水平上也将依赖于人们在强磁场下对低温超导体功能的探究。
熟习物理学史的人都清楚，由固体物理学演化爲凝聚态物理学，其重要标志就在于其研讨对象的日益扩展，从周期构造延伸到非周期构造，从三维晶体拓宽到低维和高维，乃至分数维体系。这些新对象展现了少量新的特性和物理景象，物理机理与传统的也大不相反。这些新对象的发生以及对新效应、新景象的解释使得凝聚态物理学得以不时的丰厚和开展。在此进程中，极端条件不断起着至关重要的作用，由于极端条件往往使得某些要素突出出来而同时抑制其它要素，从而使本来很复杂的进程变得较爲复杂，有利于间接理解物理实质。
绝对于其它极端条件，强磁场有其本身的特征。强磁场的作用是改动一个零碎的物理形态，即改动角动量（自旋）和带电粒子的轨道运动，因而，也就改动了物理零碎的形态。正是在这点上，强磁场不同于物理学的其他一些比拟昂贵的手腕，如中子源和同步减速器，它们没有改动所研讨零碎的物理形态。磁场可以发生新的物理环境，并招致新的特性，而这种新的物理环境和新的物理特性在没有磁场时是不存在的。高温也能招致新的物理形态，如超导电性和相变，但强磁场极不同于高温，它比高温更无效，这是由于磁场使带电的和磁性粒子的远动和能量量子化，并毁坏工夫反演对称性，使它们具有更共同的性质。
强磁场可以在坚持晶体构造不变的状况下改动动量空间的对称性，这对固体的能带构造以及元激起及其互作用等研讨是十分重要的。固体复杂的费米面构造正是应用强磁场使得电子和空穴在特定方向上的自在运动从而招致磁化和磁阻的振荡这一原理而得以证明的。固体中的费米面构造及特征研讨不断是凝聚态物理学范畴中的前沿课题。当今凝聚态物理根底研讨的许多严重热点都离不开强磁场这一极端条件，甚至很多是以强磁场下的研讨作爲根底。如波色凝聚只发作在动量空间，要在实空间中察看到此景象必需在非平均的强磁场中才得以能够。又如低温超导的机理成绩、量子霍尔效应研讨、纳米资料和介观物体中的物理成绩、巨磁阻效应的物理原因、无机铁磁性的构造和来源、无机（包括富勒烯〕超导体的机理和磁性、低维磁性资料的相变和磁互相作用、固体中的能带构造和费米面特征以及元激起及其互作用研讨等等，强磁场下的研讨任务将有助于对这些成绩的正确看法和提醒，从而促进凝聚态物理学的进一步开展和完善。
带电粒子象电子、离子等以及某些极性分子的运动在磁场特别是在强磁场中会发生基本性变化。因而，研讨强磁场对化学反响进程、外表催化进程、资料特别是磁性资料的生成进程、生物效应以及液晶的生成进程等的影响，有能够获得新的发现，发生穿插学科的新课题。强磁场使用于资料迷信爲新的功用资料的开发另辟新径，这方面的,,,任务在国外备受注重，在国际,也开端有所要求。低温超导体也正是由于在将来的强电范畴中蕴藏着不可估量的使用前景才惹起科技界乃至各国政府的高度注重。因而，强磁场下的物理、化学等研讨，无论是从根底研讨的角度还是从使用角度思索都具有十分重要的迷信和技术上的意义，经过这一研讨，不只有助于将当代的根底性研讨向更深层次开辟，而且还会对国民经济的开展起着重要的推进作用。
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