二硼化镁：一种具有特殊超导性质的无机化合物

二硼化镁：一种具有特殊超导性质的无机化合物

二硼化镁（MgB2）是一种具有特殊超导性质的无机化合物，其临界温度高达39K，在超导体研究领域具有重要地位。本文将详细介绍二硼化镁的基本性质、超导特性及其合成方法。

二硼化镁

二硼化镁是一种无机化合物，化学式为MgB2。 它是一种深灰色、不溶于水的固体。 该化合物引起了人们的注意，因为它在 39 K（-234 °C）时变得超导。 就其成分而言，MgB2 与大多数主要以过渡金属为特征的低温超导体截然不同。 其超导机制主要由BCS理论描述。

超导

二硼化镁的超导特性于 2001 年被发现。其临界温度(Tc) 为 39 K（-234 °C；-389 °F），是传统超导体中最高的。 在传统的（声子介导的）超导体中，这是不寻常的。 它的电子结构使得在费米能级存在两种行为截然不同的电子，其中一种（西格玛键合）比另一种（π键合）具有更强的超导性。 这与通常的声子介导超导理论不一致，后者假设所有电子都以相同的方式表现。 通过对两个能隙进行建模，几乎可以从理论上了解 MgB2 的特性。 2001 年，它被认为表现得更像金属而不是铜酸盐超导体。

半迈斯纳状态

使用 BCS 理论和电子 pi 和 sigma 带的已知能隙（分别为 2.2 和 7.1 meV），发现电子的 pi 和 sigma 带具有两种不同的相干长度（分别为 51 nm 和 13 nm） . 相应的伦敦穿透深度为 33.6 纳米和 47.8 纳米。 这意味着 Ginzburg-Landau 参数分别为 0.66±0.02 和 3.68。 第一个小于 1/√2，第二个更大，因此第一个似乎表示边缘 I 型超导，第二个表示 II 型超导。

据预测，当两个不同的电子带产生两个准粒子时，其中一个具有指示 I 型超导的相干长度，另一个指示 II 型超导，那么在某些情况下，涡旋在远距离吸引并在远距离排斥 短距离。 特别是，涡流之间的势能在临界距离处最小化。 因此，存在一个被称为半迈斯纳状态的推测新相，其中涡流被临界距离分开。 当施加的通量太小以至于整个超导体无法充满由临界距离隔开的涡旋晶格时，就会有很大的 I 型超导区域（迈斯纳态）将这些区域分开。

综合

最简单的合成是硼和镁粉之间的高温反应。 650 °C 开始形成； 然而，由于镁金属在 652°C 时熔化，该反应可能涉及镁蒸气扩散穿过硼晶界。 在常规反应温度下，烧结是最小的，尽管晶粒再结晶对于晶粒之间的约瑟夫森量子隧穿是足够的。

超导二硼化镁线可以通过管内粉末(PIT) 非原位和原位工艺生产。 在原位变体中，硼和镁的混合物通过传统的拉丝减小了直径。 然后将金属丝加热到反应温度以形成 MgB2。 在非原位变体中，管子填充有 MgB2 粉末，直径减小，并在 800 至 1000 °C 下烧结。 在这两种情况下，随后在大约 950 °C 下进行热等静压进一步改善了性能。

该方法允许制造高密度（超过 MgB2 理论密度的 90%）散装材料和特殊中空纤维。 该方法等同于类似的基于熔体生长的方法，例如用于制造块状 YBCO 超导体的渗透和生长处理方法，其中使用非超导 Y2BaCuO5 作为颗粒预制件，其中 YBCO 基液相被渗透以制造超导 YBCO 块状。 此方法已被复制并适用于 MgB2，并更名为反应性镁液体渗透。