臨界溫度

臨界溫度(Critical Temperature）
國立虎尾科技大學電子工程系吳添全助理教授/國立彰化師範大學洪連輝教授責任編輯

臨界溫度(critical temperature, Tc)，指的是超導體在這個溫度下才能呈現超導態，一旦超過這個溫度超導態便消失，所有的超導現象(零電阻,反磁效應..等等)會完全消失，這個溫度即是此材料的超導臨界溫度。也就是說超導現象只有在溫度低於Tc時才出現，高於此溫度則轉變成電阻不為零的正常態。許多元素和化合物在各自特有溫度下都具有這個超導電性的性質。

週期表上的元素並不是都會有超導特性，有些必須在高壓下才具備超導特性。對於金屬臨界溫度最高的是Nb( TC=9.26K)。對於合金臨界溫度最高的是Ge₃Nb薄膜(TC=23.2K)。朱經武與吳茂昆所發現的釔鋇銅氧系列的氧化物，其把臨界超導溫度提高到90K以上，跨越到可用液氮能量測的高溫超導。磁性稀土元素和鐵鈷鎳一直是超導電性的禁區，2008年鐵基超導體氧化物的發現，其含鐵卻有超導的特性打破了以往的印象。

樣品由正常態到超導態的過渡，也就是電阻下降到零的過程，是在一個有限的溫度間隔內完成的，這個溫度間隔我們稱為轉變寬度∆Tc。對於樣品可能有單晶、覆晶和不純的狀態，將會改變超導的臨界溫度和轉變寬度。

除了溫度可以造成超導態與正常態之間的轉換外，磁場與電流的變化亦會造成超導與正常態的轉換。因此超導材料在應用上有三個操作限制：溫度、磁場及電流，其臨界值分別稱為臨界溫度（Tc）、臨界磁場（Hc，代表材料在超導態情形下所能忍受的最大磁場）及臨界電流密度（Jc，代表單位面積所能流通的最大超導電流，安培／平方公分）。由下圖為例，矽晶片上鍍上600nm厚度的鈮超導薄膜，其臨界溫度為9.2K。隨著增加外加磁場的臨界溫度會隨之變小，相轉變溫度則仍然非常陡峭。

參考資料

http://en.wikipedia.org/wiki/Superconductivity