采用禁止电子跨越禁带跃迁的方法制造超导的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于超导技术领域。用于制造超导材料。也用于普通导体材料降低电阻率。
【背景技术】
[0002]本发明的【背景技术】直接源自1911年荷兰莱顿大学的H.卡茂林.昂内斯的发现:将汞冷却到-268.98°C时，汞的电阻突然消失。
[0003]自从发现超导现象以来，人们便开始寻找及发明新超导材料使转变温度不断提高。希望达到普通环境下的温度，甚至更高。1957年，巴丁、库珀和施里弗提出BCS理论，用于解释超导微观机理。从此，根据BCS理论做出实践就成为了制造超导材料的方法，但不是唯一的方法。BCS理论强调电子要成对，自旋要相反，同时又是晶格变形使电子成对。成对的电子叫库伯对。量子力学指出库伯对是不会和晶格发生能量交换的，所以产生了超导现象。
[0004]与超导紧密相关的是导体。超导理论总是与导体理论对比研究的。在导体理论中，物质的能带被分为价带、禁带和导带。物质能导电就是因为导带中有电子。物质能导电还有一个易被忽略的附加条件:即使是导带中的电子，也不能在同一能级填充两个电子，否则这对电子不参与导电。能填充进同一能级的两个电子一定是自旋相反的成对电子。有意思的是，库伯对也是这样的。
[0005]导体理论解释电阻时，常以金属为例一语带过:自由电子与晶格碰撞，将能量传递到晶格，即转变成热。
【发明内容】
[0006]本发明所用根据不同于BCS理论。为了描写技术特征，务必先行陈述理论。
[0007]在导体理论解释电阻时，常以金属为例一语带过:自由电子与晶格碰撞，将能量传递到晶格，即转变成热。然而，以铜导体为例，就算是独立的铜离子，铜离子质量与电子质量的比值仍在1.17X105。就算是完全的质心对撞，电子与原子实的能量交换也忽略不计。这还没有考虑电子在导体中的移动速度很慢，只有10—5毫米/秒数量级。以及没有考虑铜离子事实上位于晶格内与周边铜原子绑定，没有考虑晶格的弹性。
[0008]根据铜导体的举例，我们直接认为导体理论已经回答了超导的原因。相反的，对于为什么导体会产生电阻的回答仍不足。
[0009]我们注意到不论在导体，半导体还是绝缘体中，都能发生价带的电子向导带迀移，导带电子也能回到价带。对于金属，情况很特殊，导带与价带重叠。因此对于导带与价带重叠的情况，减去导带的部分才是下文所述价带。
[0010]导体中，导带与价带的电子存在相互迀移。从导带跃迀到价带的电子，即能够是参与运输电流的载流子，又能够是非载流子。那么，只要是载流子回到价带，就把自身的动能中不需要维持能级位置的那一部分传递给晶格，或者说传递给原子实。这一过程还能被看成电子在导体内部发生的自发辐射。在发生辐射的位置附近遍布着遮挡辐射的原子。电子的辐射几乎在原地转化成导体的热能。因载流子从导带向价带越迀释放能量转变成导体的热，故导体表现出电阻。没有导带与价带的电子相互迀移就没有电阻，就是超导。
[0011]换言之，即使是导体，也能产生“临时空穴”，是空穴的存在给予了载流子以机会把能量传递给晶格，或者说传递给原子实。因此导体表现出电阻。没有“临时空穴”就没有电阻，就是超导。
[0012]这一解释导体电阻的方法与既往经验符合。通常导体电阻与温度成正比关系，意味着热能激发价带电子到导带，产生价带导带电子互换的频率与电子热运动的平均动能成正比。
[0013]减少电阻就需要减少材料出现“临时空穴”，也就是减少价带的电子跃迀到导带，减少导带的电子跃迀到价带。
[0014]制造超导就需要禁止材料出现“临时空穴”，也就是不准价带的电子跃迀到导带，不准导带的电子跃迀到价带。
[0015]现有技术的办法是降低材料温度。在温度下降的过程中，电阻率逐渐减少直至成为超导。
[0016]本发明方法包括:
1、减少价带的电子跃迀到导带，减少导带的电子跃迀到价带，以减少材料电阻；
2、禁止价带的电子跃迀到导带，禁止导带的电子跃迀到价带，以制成超导材料。
[0017]为了减少或禁止价带的电子跃迀到导带，方法包括:
1、寻找材料，材料本身的特性相对于其它材料减少了价带电子跃迀到导带；
2、寻找材料，材料本身的特性没有价带电子跃迀到导带；
3、改造有潜力的材料增加禁带宽度。
[0018]为了达到在有潜力的材料上加大禁带宽度目的，对材料分子、原子施加外部电场、磁场。施加外部电场、磁场的方法包括:
1、把材料置于电容器中，由外部电源供电；
2、把材料置于磁场中，不论是线圈产生的磁场还是永磁体的磁场；
3、在材料内引入电荷或引入磁性粒子，用任何离子、原子修饰材料分子、原子；
4、让带电基团、磁性基团成为材料分子的一部分。
[0019]还能够将导体、半导体或绝缘体改造成导体或超导体。为了陈述这一改造方法，需要先简述激光原理。
[0020]激光原理分为两个阶段。第一阶段是激励，就是把材料原子的外层电子激发到更高能级。第二阶段是自发辐射和受激辐射，电子从高能级回到低能级。
[0021]我们只要把材料原子的外层电子激励到导带中，并保持这一激励环境不变，由恰当的激励环境杜绝自发辐射和受激辐射的出现，就能把材料改造成导体或超导体。较少的载流子回到价带即为导体。完全没有载流子回到价带即为超导体。
【具体实施方式】
[0022]1、通过迈斯纳效应检验超导转变。
[0023]把纯石墨的细粉置于电场和磁场中。保留电场而撤走磁场后，石墨细分带有磁性。撤去电场后磁性消失。
[0024]为了检验磁性，又不得不再次引入磁场。后引入的磁场与之前撤走的磁场的磁感线分布不同。
[0025]把半导体激光材料反向应用得到超导体。
[0026]在半导体激光材料的表面镀全反射膜。把光源发出的光反射给光源自身。通常没有激光器为了这个目的而设计，所以我们需要为它规定功率和解决散热问题。为了区别，栗浦电流和检验电流是分开而论的。栗浦电流就是激光器照常工作的电流，它经过PN结。而检验电流经过自由电子富集的那一块区域。引入检验电流的电极要么都在P区，要么都在N区。同样，也能够用迈斯纳效应检验超导转变。
【主权项】
1.一种制造导体或超导体的方法，其特征在于减少或禁止电子跨越禁带跃迀，同义的，减少或禁止电子在价带和导带转变跃迀。2.为了权利要求1所述减少或禁止电子在价带和导带转变跃迀，采用禁带宽度足够大的材料，使热运动导致电子转变跃迀的机会减少甚至不能转变跃迀。3.为了权利要求2所述禁带宽度足够大的材料，对有潜能的材料分子、原子施加外部电场或磁场，有潜能的材料转变成禁带宽度足够大的材料。4.根据权利要求3所述对有潜能的材料分子、原子施加外部电场或磁场，在材料外部施加电场或磁场。5.根据权利要求3所述对有潜能的材料分子、原子施加外部电场或磁场，在材料内引入电荷或引入磁性粒子，或者用任何离子、原子修饰材料分子、原子。6.根据权利要求3所述对有潜能的材料分子、原子施加外部电场或磁场，让带电基团、磁性基团成为材料分子的一部分。7.为了权利要求1所述减少或禁止电子在价带和导带转变跃迀，把导体、半导体或绝缘体的外层电子激励到导带并保持电子一直在导带。8.根据权利要求7所述把导体、半导体或绝缘体的外层电子激励到导带并保持电子一直在导带，改造半导体激光器件，使激光在内部来回反射。9.根据权利要求2所述禁带宽度足够大的材料，采用石墨或石墨烯材料及其衍生材料。10.根据权利要求3所述有潜能的材料转变成禁带宽度足够大的材料，改造石墨或石墨烯材料及其衍生材料。
【专利摘要】采用禁止电子跨越禁带跃迁的方法制造超导。也包括用同样的方法制造导体，使导体电阻减小。本发明的【背景技术】直接源自1911年荷兰莱顿大学的H·卡茂林·昂内斯的发现：将汞冷却到-268.98℃时，汞的电阻突然消失。1957年，巴丁、库珀和施里弗提出BCS理论，用于解释超导微观机理。从此，根据BCS理论做出实践就成为了制造超导材料的方法，但不是唯一的方法。在导体理论解释电阻时，常以金属为例一语带过：自由电子与晶格碰撞，将能量传递到晶格，即转变成热。我们以铜导体为例做出说明，直接认为导体理论已经回答了超导的原因。相反的，对于为什么导体会产生电阻的回答仍不足。载流子必须从导带回到价带才能把能量传递给晶格。在做出此番解释之后，发明了减少电阻和制造超导的方法。
【IPC分类】H01L39/24
【公开号】CN105552207
【申请号】CN201610047751
【发明人】吴翔
【申请人】吴翔
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2016年1月25日