Macworld07

苹果电脑Steven Jobs刚刚在Macworld07大会上发布苹果首款手机产品-iPhone。Steven Jobs表示,苹果电脑这款iPhone产品历时多年研发。iPhone今年6月份出货,开始接受预定,4GB型号价格499美元,8GB型号价格599美元。

iPhone搭配3.5英寸宽屏显示,分辨率超越目前任何手机,每英寸显示160个像素,支持第3方互联网浏览器,采用革命性操作介面,除去普通手机的一切按钮,采用触摸屏控制。iPhone操作系统同样采用OSX,支持和iTunes同步。

iPhone有专门的底座,有“Home”按钮,厚度11/16″,集成2百万像素摄像头,机身背部集成扬声器,支持音乐、宽屏电影、电视、视频、照片播放,支持可视语音mail,支持GSM+EDGE,支持Wi-Fi,支持蓝牙,虚拟菜单类似于OSX的Dashboard。

Apple苹果电脑Steven Jobs在今天的MacWorld2007大会上宣布,Apple Computer苹果电脑公司正式改名为Apple苹果公司。

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[转载]专访MySQL CEO:MySQL与企业级应用

作为开源数据库公司 MySQL AB的首席执行官,Marten Mickos正在注视着自己的公司迅速成长。有的人甚至表示,勇敢的MySQL已经开始威胁到数据库业界的巨无霸——甲骨文,尽管目前这场竞争还是“矮子 与巨人”之间的较量。至少,作为开源组合LAMP的一个重要组成部分,MySQL已经成为当今市场上遥遥领先的开源数据库,已经具有了可以夸口的资本。

  在最近一次和Mickos的交谈中,他谈论了MySQL AB的计划、MySQL的竞争对手和开源市场的未来发展。

一、关于InnoDB

  去年,MySQL曾经面临着一个严重的竞争性挑战。在2005年10月份,甲骨文收购了芬兰的软件公司Innobase,也就是InnoDB存储引擎 的开发公司。InnoDB存储引擎对MySQL的成功起了重要作用,对MySQL的成功进入企业市场立下汗马功劳。MySQL曾将InnoDB作为其最可靠最有特色的存储引擎,所以甲骨文收购InnoDB对MySQL来说意味着潜在的威胁。
  尽管甲骨文声称,它将继续开发InnoDB技术,但是它对MySQL这个关键伙伴的战略性收购,无疑是等于向MySQL这个开源数据库厂商打响了第一枪。
  MySQL并没有对自己正在开发替代InnoDB的自主产品遮遮掩掩,就此问题,记者向Mickos采访在这方面MySQL的应对策略。

记者:今年(2006年)年初,MySQL AB与InnoDB续签了合同,对吗?

  Marten Mickos:我们与InnoDB有多年的合同,一般存储引擎的生命周期可以轻松达到20年,我认为在这个时间框架内,要有一个属于我们自己的存储引擎至关重要。

  记者:那么,现在你们自主开发的InnoDB的替代者进展如何?

  Marten Mickos:Falcon将在下个月推出测试版。 

     记者:这是否意味着你们将在2007年放弃InnoDB,而使用自己开发的存储引擎?

  Marten Mickos:不,不。我们有的的客户对InnoDB非常满意,他们将继续使用InnoDB很多年。而且我们也将全力支持他们。我们有这个技术实力,我们也有做好这个技术支持的所有一切条件。
  这些存储引擎都具有非常长的生命周期,因此你将看到InnoDB和Falcon两种存储引擎在未来很多年内共存的局面。例如,三年前我们引入了Cluster引擎,到现在它已经与InnoDB共存了三年。

  记者:许多人谈及你们最近推出的企业版数据库的时候,认为它已经不再是开源软件了。我听说在MySQL内部对此意见也不一致,实际情况如何?

  Marten Mickos:首先,新的企业版数据库还是开源软件。但是其中的一个服务组件不是,就是被称作“监控和建议服务(Monitoring and Advisory Services)”的组件。这是一个收费服务,它可以检查你的数据库,并根据检查结果指出数据库是否存在缺陷,例如是否存在易丢失的口令或你的硬盘空间 是否即将用完等。
  它是一个数据库管理员(DBA)助手,可以自动完成以前需要数据库管理员来做的一些任务。它并不是在开源授权下发布的。

  记者:那么他们能单独运行吗?

  Marten Mickos:当然可以,没有它数据库一样可以运行的很好,这是一个增强功能,我们将其作为一个服务来销售。
  关于内部争论,我们一直在内部有激烈的争论。每做一项决策,都会经过激烈的争论。我们有300个热情的员工,他们会为了公司的事情而进行争论,这是我们的一个风格或者说企业文化。

  二、关于免费下载和收入

  记者:我们听说MySQL已经被下载了数百万次。这种下载量与收入有什么关系么?多少次下载会带来一个订阅服务?

  Marten Mickos:我们没有看到两者之间有什么直接的联系,而且我们也从来没有说过存在这样的关系。我们认为,用户下载次数是我们的数据库被使用的数量的一个证明,也是我们前进的动力。但是我们知道,大量的下载并不一定就能够给我们带来一个付费的客户。
  我们拥有大量的下载数量,但是这些下载不一定是全部来自于全新的产品安装。许多人是升级已经安装的老版本,有的人只是下载下来玩一玩。许多人可能会下载两次,因为他们忘了昨天下载到什么地方了。

  记者:免费下载数量中转化成付费用户的百分比是多少呢?

  Marten Mickos:我知道一些数字,但是我不会透露。不过我们有个大约的统计数字是,每一千名非付费用户对应着一名付费用户。而且我很高兴地看到这一比率正在朝着令人高兴的方向发展。因此我们也看到了我们公司业务比以前发展的更快了。
  但是这是我们所期待的。当你首先发布一项技术的时候,你首先将面对的就是那些新技术体验者和开源的人们。这是你要覆盖的第一个区域,你的软件有数百万个使用者,并不代表你会有数百万个客户。现在我们已经强势进入企业级市场,这个客户的特点是更倾向于使用稳定版本,因为他们之所以向你付费,是因为不想自己去冒风险使用未经检验的版本。
  总体来说,我们现在每天大约有五万的下载量。这个数字已经非常大了。而且最近这一数字仍然在继续上升。

  【画外音:说到每日下载量的时候,Mickos表示,这个数字刚好和甲骨文公司的员工数量相近。甲骨文有五万个员工。每天早晨这五万个人将开始为甲骨文工作,而每天早晨也有五万个人去下载我们的软件。而且我不用付钱给他们,他们就会自愿来为我们做测试工作。】

  记者:MySQL AB公司的收入目前已经增长了多少?

  Marten Mickos:这个数字是非常令人激动的。在过去五年里我们平均以每年翻一番的速度发展。

  【画外音:尽管Mickos没有透露具体的数字,但是根据此前CNET媒体的一份报告,在2003年,MySQL公司一年收入了120万,由此可以推算出其现在的年收入。】

  记者:每年翻一番?这是真的吗?

  Marten Mickos:当然,尽管我们是从一个小公司发展起来的,但是我们是全球增长速度最快的数据库公司。

  三、MySQL VS. 甲骨文

  记者:最近我与一些平台架构师交流过,他们告诉我,有人把MySQL作为一种备用的数据库,而使用Oracle数据库来处理关键业务应用。MySQL将如何面对这种态度而去发展?

  Marten Mickos:许多人也经常这样说微软的SQL Server,但是它依然可以每年收入30亿到40亿美元。我的意思是,同一个事情,不同的人面对它的时候态度会截然相反,这不是一瓶半空的水,它是一瓶半满的水。
  事实上,我们的MySQL数据库已经应用在不同级别的关键业务中。在Web世界中,我们完全是关键业务应用,这一点只需要看一下Google、 Yahoo、YouTube和其他一些知名的IT公司就可以很明确;另外,在OEM厂商领域我们也完全有能力运行关键业务,这一点只需看一下我们的客户 Nortel、Alcatel和诺基亚等等即可。
  在所谓的企业级市场,我们是从草根的身份发展起来的。许多应用是关键应用,也有许多不是。甲骨文用户有三分之一都在使用MySQL。当然,甲骨文从传统上来说具有重量级的ERP应用。但是大的增长点无处不在,有数据集市(datamarts)、ETL、Web前端、电子交易和分布式应用,这些才是MySQL的强势所在。
  因此我们看到了巨大的发展机会,这一点也已经被我们的销售增长所证明。而且我们也不想试图把所有Oracle应用移植到MySQL上,我们只做我们擅长的。
  因此我们认为,我们能成为你说的一些高级、关键性应用的备用数据库,已经非常了不起了,因为我们从来没有对其花费一美元的市场推广,取得这样的认可已经相当不错了。
  我们的座右铭就像冰球运动中常说的:“滑向冰球将要去的位置,而不是原先的位置。”
  记者:这是否意味着你将直面与甲骨文的竞争

  Marten Mickos:我认为我们将进入越来越多的关键业务应用中,现在我们每天都在这样做。我不会说我们将会让那些老家伙(甲骨文等传统数据库厂商)彻底退出舞台,但是看一下那些大型数据库,再来看一下微型数据库。显然微型数据库在新的业务中完全占据了上风。

  四、抓紧企业客户

  记者:请您谈一下对新的企业版MySQL的看法?

  Marten Mickos:它是我们的第一个企业版的数据库。一个月以前刚刚发布,初期的市场反响还是非常令人满意的。但是我在这儿要提到的是,我们发布的企业版数据 库的版本号是5.28,这是一个升级版本,但它不是一个主要的新功能版本。此前我们讨论的监控服务是作为RC版发布的,一个月后将成为GA版。
  一个月前我们宣布将推出新版本后,紧接着产品就可以下载使用了,但是从我们一直是在增加新功能,我们推出新版本的做法快出、常出。我们不会坐着等待,然后发布一个大的版本。

  记者:MySQL在2007年有什么计划?

  Marten Mickos:它将成长为更适合现代企业的数据库产品。我特别提到“现代”二字,以显示我们并不会把目光放在争夺甲骨文的用户上。我们将尽力满足新部署的新应用的需求。这是比任何其他事情都增长迅速得多的重要的一部分。

  我们最近刚刚在瑞典赢得了一个大单。瑞典公共安全机构决定把他们的所有新的应用程序部署在Linux、JBoss和MySQL上。

  记者:在未来一年,你的主要关注目标是什么?

  Marten Mickos:我们认为我们在推动一个新的在线世界。在Web 1.0和Web2.0时代我们做到了这一点,但是现在又延伸到了企业领域。因此它可能是数据集市方面的在线化,是部门、数据仓库和电子交易方面的在线化, 是电话和电信应用方面的在线化。这就是我们关注的方向。
  我们已经看到现在大约有十亿人在互联网上,而且公司也越来越和互联网化了,这是一个非常大的潜力市场。

  记者:也就是说MySQL新的增长将在于推动在线世界方面的发展。在你看来,这是一个和企业领域不同的世界么?

  Marten Mickos:我认为还将会有一部分企业拒绝看到新事物的发展,他们将继续选择让应用程序运行在大型系统和老的Oracle数据库上。但是新的企业将采用新的可伸缩的架构和面向服务的架构,他们将选择运行在我们的产品之上。。

  记者: 对MySQL来说面临的挑战是什么?

  Marten Mickos:对于像我们这样成长中的公司来说,保持专注非常重要,另外还要保持内部运作的良好。就是要学会管理成长,使单位保持专注,让它快速发展,并能迅速地修正发展中的问题。发展中遇到问题是难免的,关键是你要能迅速地解决问题。
  我不想表现得过于自大,但是我认为在市场中我们已经非常受欢迎。我们有如此众多热情的用户,他们喜爱我们的产品。
  每年我将收到多少针对我的抱怨呢?我想今年我收到四个客户的抱怨,对于像我们拥有数百万个用户来说,我认为这是非常令人惊奇的,可见我们对用户的服务是多么好了。
  能够保持这一点,我们是做了大量内部工作的。我们有一只非常优秀的支持团队,我们需要确信他们受到严格的培训,以及人力的充足。所有这一切都是发生在幕后的,但是我们同样对此花费了大量的时间。

  五、开源的领导者

  记者:在面临的挑战方面,没有来自外部的挑战么?他们都是公司内部的挑战么?

  Marten Mickos:当然,我们有竞争对手。他们将会采取所有行动来追赶我们。我们已经看到一些需要认真面对的行动,因为他们也意识到整个世界正在朝着LAMP发展。
  但是,你知道,我只是把这些竞争对手的行动看作受欢迎的新事物,他们给了开源更多的可信度,他们让我们更加受关注。看一下甲骨文,他们正在从他们的Web站点上发放MySQL。我认为有竞争是好事。

  记者:这是一个新的发展吗?

  Marten Mickos:当他们宣布他们将支持Linux的时候,他们把一个Linux版本放在他们的Web站点上,任何人可以下载,而这个Linux其中就包含了MySQL数据库。
  请访问Oracle.com,然后点击Linux页面的链接,并下载下来,然后打开安装包,你将发现MySQL就在其中。这就是开源的强大之处,任何人可以发布我们的社区版本。即使是我们的对手也可以。

  记者:他们如此做的动机是什么?

  Marten Mickos:我不清楚,你必须问他们。可能他们没考虑这个问题,也可能他们没有意识到MySQL被包含在其中,真正什么原因我就不知道了。或者他们认为,MySQL 是如此伟大的一个数据库,它值得发布。或者他们需要发布一个非常快速的数据库。

  记者:还有什么事情要补充吗?

  Marten Mickos:我一直在说非常感谢对我们所得到的关注,但是我认为还有一个更大的问题。我们有开源组合LAMP,但是与其相关的公司不仅仅是L(Linux )、A(Apache)、M(MySQL)和P(PHP和Perl)。
  围绕LAMP组合的公司还有很多,因为人们需要相关的应用和所有的服务。有了他们,LAMP才变的更有意义,才能对全球60亿人更有用。事实上,相关的公司已经越来越多,这是一件非常令人兴奋的事情。
  像Pentaho、Alfresco、JasperSoft、ActiveGrid、Zimbra、OpenBravo和Zmanda等,这些都在开源平台上创建着非常有新意的新东西,而且他们正在疯狂的成长。
  每天我都会收到新的邮件,告诉我某人已经建立了可以在LAMP组合运行的新的小玩意。开源系统的创新的力量是巨大的。微软是没有办法跟上开源系统发展的步伐的。

接触诱导效应实现碳纳米管超导

陈一鸣 PB05206012  刘嘉 PB05203178

(中国科学技术大学,合肥,230026)

 

摘要

 

碳纳米管作为一种新型的超导材料,有着诸如临界温度高、储能密度高等一系列优点。单壁碳纳米管(SWNTs)的超导特性和几何构型由其手性指标(Chiral Index)决定,通过选择性化学放大方法可以制备手性指标与母体完全相同的单壁碳纳米管。利用“接触诱导效应”,将金属性单壁碳纳米管与超导电极连接,可以在高温下较为简便地实现碳纳米管的超导。

 

Abstract

Carbon nanotube is one kind of new superconducting materials ,which has advantages such as high critical temperature ,high energy density ,etc. The superconducting feature of single walled nanotubes (SWNTs) depends on its geometry structure and chiral index. The SWNTs which have equal chiral index can be synthesized by Type-Specific Growth Amplification. Proximity-Induced Superconductivity means when a long narrow metallic wire is connected with small superconducting island, a zero-resistance state is obtained.

 

关键词

 

单壁碳纳米管 接触诱导效应 高温超导

 

Keywords

Single walled nanotube, Proximity-induced superconductivity, High temperature superconductivity

 

一 引言

 

1991年,日本NEC实验室的饭岛纯雄(Sumio Iijima)首次利用电子显微镜观察到中空结构的碳纤维分子[1]。几纳米到几十纳米之间,长度达到直径的几千倍,约为几微米到几百微米之间,称为“碳纳米管(Carbon Nanotube)”。理想情况下,完美的碳纳米管(Carbon nanotube,简称CNT)是由石墨中平面层状的碳原子卷成的无缝、中空的管体。 碳纳米管按照管壁层数,可分为单壁碳纳米管(Single-walled nanotubes, SWNTs)与多壁碳纳米管(Multi-walled nanotubes, MWNTs)。多壁碳纳米管形状如同轴电缆,其层数从2~50不等,层间距为0.34±0.01nm,与石墨层间距(0.34nm)相当。

碳纳米管其特殊的一维结构可以由两个手性指标(chiral index)(n,m)来唯一地确定[2-5], 按照n和m的关系, 我们可以将其分为锯齿(zigzag,(n,0) 或 (0,m)),扶手椅(armchair,(n,n)) 和泛手性(chiral)三种, 而碳纳米管其相应的电学性能也可以由手性指标来标定:(n-m)满足3的倍数为金属性,其他则是半导体性。

SWNTs的超导温度跟直径有关,直径越小超导温度越高, 直径为1.4nm的单壁管的超导温度为0.55K, 而直径0.4nm的时候, 超导温度高达20K。由于受到管的直径和螺旋结构的影响,SWNTs至多有2个最低电阻通道,相应电阻的预期值是6.5kΩ[6]。

实验研究发现单壁碳纳米管的电导率随外磁场的变化而改变,这说明管内电子的自旋与外磁场之间有较强的相互作用[7]。在这种思想下,我们认为,将金属性碳纳米管嵌入2个超导结点之间,在超导体的超导态影响下,通过一定的外界条件能够诱导碳纳米管进入超导态[8]。

 

二 碳纳米管的超导特性

 

1.超导理论与接触诱导效应

 

(1)  零电阻效应

 

在BCS理论之前,比较成功的超导态的唯像理论有伦敦理论和京茨堡-朗道(G-L)理论:伦敦理论是1935年伦敦兄弟(F. London,H. London)在二流体模型基础上提出了两个描述超导电流和电磁场关系的方程[9]: (1) (2),其中α=nses2/ms,ns代表超导电子密度,es和ms分别代表电子的电荷和质量;第(1)、(2)式分别反映超导体的超导电性和抗磁性;电子在超导态满足两个伦敦方程,而在正常态的电学性质满足欧姆定律。G-L理论是在朗道(L. D. Landau)1937年的二级相变理论基础上提出的,它的独到之处是对超导体引入一个有效波函数φ(r)作为复数序参量来描述超导态,超导电子数和能系都和序参量相联系。所以,超导态的形成是能系的形成,超导电子的出现和增加,有虚度的增加,能量的降低。

1956年,库珀[10](L. N. cooper)发表了关于在一个大数量电子的系统中两个电子通过声子相互作用相互吸引后就束缚在一起而形成电子对(库珀对)的论文。在此基础上,巴丁(J. Bardeen)、库珀、施瑞弗(J. R. schrieffer)共同提出了BCS理论[11]。

此后Sato[12]等针对非常规超导材料的一些结构特点,提出了磁涨落对超导电子对形成的影响,认为电子通过交换磁激子形成电子对。到目前为止,还没有很好的超导理论对非常规超导材料的超导机制做出解释。

 

(2)迈斯纳效应

 

1933年,德国物理学家迈斯纳(W. Meissner)和奥克森菲尔德(R. Ochsenfeld)发现:处在超导态的物体完全排斥磁场,即只要T<Tc、H<Hc、J<Jc时,超导体内部总有B=0。

根据欧姆定律的微分形式j=σE,当电导率σ→∞时,若j保持有限值,则E必须为零,再结合麦克斯韦方程组及伦敦第二方程可以推得B(z)=B(0)e-z/λez,其中λ为透入深度,此式说明了磁场只能以指数衰减形式透入超导表面,而不能进入超导体内部。1939年,舒恩伯格(D. Shoenberg)等人实验测得[13 ],从而证实了理论解释的正确。

 

(3)约瑟夫森效应及接触诱导效应

 

1962年,英国剑桥大学博士研究生约瑟夫森(B. Josephson)证明,两个以薄的绝缘层相隔的超导体之间会产生一种特殊现象:电子流在没有任何外部电压的情况下可以穿过绝缘层,从一个超导体进入另一个超导体。这就是约瑟夫森效应或“隧道”效应,这种装置称为“约瑟夫森结”,根据这种效应,超导量子干涉仪SQUID(superconducting quantum interference device)问世了,SQUID是超导环路中两个平行的约瑟夫森结,其输出电压信号对通过环路的微弱磁通量极为敏感,使SQUID能探测到50μΤ的磁场,而且一切可转化为磁场的物理量,例如电流、电压、磁化率、温度、位移等,现在还没有任何传感技术能与SQUID相匹敌。

如果一个正常金属与一个超导体组成一个金属-超导结,而且金属层的厚度与超导体的超导电子相干长度ε(0)可比时,这个金属-超导结在低温下将变为超导体。由于超导电子波函数在金属中的泄漏而导致金属呈现超导电性;同样地,由于金属中正常电子在超导中的扩散,超导体的超导电性在某种程度上将被削弱。

金属碳纳米管中电子相干长度约为200å—400 å13,因此用作电极的超导金属材料厚度约为几十个原子层,因此需选用延展性较好的金属超导材料作为电极。

 

2.碳纳米管超导材料电磁性质与应用

 

结构不同的碳纳米管可能为半导体、导体或超导体,故其在电磁材料中有着广泛的应用和巨大的开发潜力。它既可以植入纳米元件中充当导线,也可以制成纳米量子元件;可能制作成纳米芯片,从而引发计算机行业的一次新革命;可以制作纳米级的光电技法的电子开关。由于碳纳米管两端有一定的锐度,因此可以作为场发射源,制造纳米级的电子枪,可用于微型显示屏。我国制造的碳纳米显像管无故障工作时间超过1600小时,居世界先进行列。

碳纳米管转换温度跟管的直径有关,直径为1.4nm的单壁管的转换温度为0.55K。此外,碳纳米管能量损失非常低, 所以可以承受的电流密度很高,特别是对于MWNTs而言,可以承受1000MA/ cm2的电流,对于目前常用的电缆来说,大约只有kA/cm2。对于单壁碳纳米管,它的电导率随外磁场的变化而发生显著改变,这说明管内电子的自旋与外磁场之间有较强的相互作用[7]。

 

三 利用接触诱导效应实现碳纳米管超导

 

1.单壁碳纳米管的化学合成

 

目前常用的制备单壁碳纳米管的方法包括激光蒸发与电磁放电。首先介绍利用CO2激光器在室温下,以金属(如Co,Ni等)为催化剂蒸发石墨靶制备单壁碳纳米管的方法[14]。

在室温下,使用波长10.6μm,峰值功率1.0kW的脉冲CO2激光器(脉冲持续时间1-20ms)照射玻璃管中含有约1.2%金属钴或镍的石墨靶,管内充入惰性气体Ar,压强维持在600torr。照射频率为10Hz,总时间长达3-5s。通过莱曼光谱分析得知,产物中单壁碳纳米管含量少于1%。因此此法并不适用于大量制备用作超导材料的单壁碳纳米管。

2006年8月,《Journal of the American Chemical Society》报道了莱斯大Richard Smalley(曾因发现C60分子获1996年诺贝尔奖)等人[15]以化学修饰过的短单壁碳纳米管为模版,在二氧化硅基片上通过热分解乙烯制备单壁碳纳米管,即所谓的碳纳米管的籽晶模版选择性生长的模型。大致方法简述如下:

 

(1)将纯度较高的单壁碳纳米管(称之为母体)切成长约200nm的较短的碳纳米管;

(2)加入Pluronic F87表面活性剂,使碳纳米管完全分散在水溶液中,使用氧化剂对碳纳米管进行氧化。由于碳纳米管侧壁受到表面活性剂的包裹而不易被氧化,纳米管两端则被氧化为羧基或少量环己烯类。

 (3)用硝酸铁和PEI(聚醚酰亚胺)[16]混合溶液处理样品,在两端开口处个引入一个铁原子,如图所示。将其吸附在氧化硅表面并在惰性气氛中加热时PEI 与Pluronic F87挥发。最后将样品在氢气中加热样品,使参与的Fe(III)还原为Fe(0).

(4)在C2H4气氛中加热样品。在端基Fe原子的催化下,碳纳米管不断生长,最长可达初始长度的30余倍。

 

与传统合成方法相比,此法有一个无与伦比的优点。由于只有特定手性指标的碳纳米管才会呈现超导特性,但传统合成方法对单壁碳纳米管的手性指标没有选择性,产物必须经化学提纯才能作为超导材料,产率极低;但利用此种模版生长方法,生长所得到的碳纳米管的手性指标(n,m)与母体完全相同,具有相同的超导特性。因此只要以少量具有超导特性的单壁碳纳米管为母体,在短时间能即可制备大量单壁碳纳米管超导材料。

对于碳纳米管超导应用,模版选择性制备法的出现是一项革命性的成果。它使得大量而快速制备碳纳米管超导材料成为可能。

 

2.利用接触诱导效应实现碳纳米管高温超导

 

如果一个正常金属与一个超导体组成一个金属-超导结,而且金属层的厚度与超导体的超导电子相干长度ε(0)可比时,这个金属-超导结在低温下将变为超导体。这种由于超导电子波函数在金属中的泄漏而导致金属呈现超导电性的现象,被称为超导接触诱导效应[17]。同样地,由于金属中正常电子在超导中的扩散,超导体的超导电性在某种程度上将被削弱。

按照这一理论,当碳纳米管分子导线连接到尺寸较大的超导电极上时,在宏观上将会显示出超导的特性。据文献[18]中数据,测量电极电阻随环境温度的变化,金属电极随温度的降低尽管其电阻也改变,却没有出现零电阻态(即超导态)。然而,对于碳纳米管,图中显示当温度T<1 K时,该样品的电阻为零,其超导电态被诱导出。单壁碳纳米管的临近诱导实验说明当碳纳米管的特征长度较小(小于其态相干长度),室温电阻也较小(所合成的纳米管具有良好的金属性)时,此类的碳纳米管的超导电态更可能被观察到,并且可能具有较高的超导转换温度。这为制备碳纳米管超导态提供了一条切实可行的简单方案。

接触诱导效应[19]即让正常态的金属材料与超导材料相接触,当正常态金属的特征长度比其态相干长度和热力学长度都小,同时两种材料的界面接触电阻也十分小时,受超导材料的诱导,该金属有可能从正常态向超导态转化,并且其转化温度与接触的超导体在同一数量级上。根据理论,我们认为可以通过将单壁碳纳米管与超导金属电极相连(如图),在较高温度下实现碳纳米管超导。

 

 

五 多壁碳纳米管(MWNTs)在超导材料中的应用

 

与单壁碳纳米管相比,多壁碳纳米管在作为超导材料时有耐受电流高、转变温度高等显著优势。但是由于技术原因,在以往在超导材料研究中,对MWNTs的研究并不多。日本一个由多家科研机构合作的研究小组近日在多壁碳纳米管中观察到了比较好的超导性,临界温度达到12K。这项研究极大地提高了把碳纳米管应用到电子学、建筑材料以及其它产品中去的可能性。19(见http://www.physorg.com/news11668.html)。

 

参考文献

 

[1] Helical microtubles of graphitic carbon,Sumio Iijima,Nature,354,56-58 (1991).

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[5] Hamada, S. Sawada, and A. Oshiyama, Phys. Rev. Lett. 68,1579(1992).
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[10] L N Cooper. Phys. Rev. Lett., 1956, 104: 1189.
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