超 導 體 的 過 去 與 未 來

陳 永 忠

東海大學物理系

高雄大學應用物理系 April 7, 2004

• 歷史上超導體的發現• 超導體的性質• 第二類超導體• 超導體的微觀理論• 超導體的應用• 高溫超導體的新進發展

內容

1913 Onnes

1972 BCS

1973 Josephson

1987 Bednortz and Muller

1991 P. G. de Gennes

2003 Abrikosov, Ginzburg and Leggett

                               

          

     

          

     

          

     

歷史上與超導體有關的諾貝爾獎

1911 Onnes 發現汞在 4K 的溫度下失去電阻

永恆電流 (persistent electrical current)

1933 年荷蘭的邁斯納 (Meissner) 和奧森菲爾德 (Ochsenfeld) 共同發現了超導體的一個極為重要的性質。 ( 簡稱 Meissner effect)

將超導體放入磁場中，會將其內部的磁場完全排除，其內部磁通量（ magnetic flux) 保持為零。因此，若將一超導體放在一個普通的磁體上方，則會因排斥作用而懸浮在空中。

超導體有三個臨界值，

Tc: 臨界溫度

Hc : 臨界溫度

Jc : 臨界電流密度

這三個值越大時，其應用範圍越廣，不同材料有不同的值，以前低溫超導體，雖然 Jc 已能達到高度應用價值，但因Tc 遠低於液態氮的溫度，為著要先把溫度降低，往往需要花費很大的成本，所以，它們的應用，一直難以推廣 .

科學家們開始向提高 Tc的路上邁進

SUPERCONDUCTORS

Conventional (BCS)

Elements 元素

Alloys 合金

Hg(4.5) V3Si (15)

Pb(7.2) Nb3Sn(18)

Nb(9) Nb3Ge(23)

Sn(3.7) PbMo6S8

Al(1.2) HoMo6S8

In(3.4) LaMo6S8

V(5.4) ErRh4B4

第二類超導體

闡釋這種現象的理論終於出現。這是由巴丁（ John Bardeen ）、古柏（ Leon Cooper ）和敘利弗（ Robert Schrieffer ）所提出的 BCS 理論。該理論提到，電子在超導體中，會形成一對對的電子對，稱為「古柏對」；而在低溫下，材料中帶正電金屬原子的結構會形成一個通道，古柏電子對便沿著這個通道均勻地流動，因而出現超導現象。氣體遇冷時會凝結出水滴，電流在極低溫下也會使電子「凝結」出電子對，因此電子成對的現象，可以冷凝的概念來思考。

超導體的微觀理論

1950 年 美籍德國人 Froelich 與美國伊利諾斯大學的 Bardeen 經過複雜的研究和推論後，同時提出：超導電性是電子與晶格振動相互作用而產生的。他們都認為金屬中的電子在點陣中被正離子所包圍，正離子被電子吸引而影響到正離子振動，並吸引其他電子形成了超導電流。接著，美國伊利諾斯大學的 Bardeen, Cooper and Schrieffer 提出超導電量子理論，他們認為：在超導態金屬中電子以晶格波為媒介相互吸引而形成電子對，無數電子對相互重迭又常常互換搭配物件形成一個整體，電子對作為一個整體的流動產生了超導電流。由於拆開電子對需要一定能量，因此超導體中基態和激發態之間存在能量差，即能隙。這一重要的理論預言了電子對能隙的存在，成功地解釋了超導現象，被科學家界稱作“巴庫斯理論”。這一理論的提出標誌著超導理論的正式建立，使超導研究進入了一個新的階段。

Cooper Pair 電荷 charge

自旋 spin ½ 角動量與磁矩費米子 (Fermion)包利不相容原則 (Pauli Exclusion principle)Fermi Surface

動量 k 與 -k

電子與晶格振動相互作用成為電子對之間的媒介

兩個費米子配對而成等效的玻色子 , 合作型的玻色子可在費米面上凝聚形成超導

比熱　　　

相變

實驗上關於 Cooper Pair 的證據

磁通量量子化 (magnetic flux ) 穿隧效應 (tunneling effect)

超 導 體 的 應 用由於超導體有三個臨界值，即 TC 、 HC 及 JC 這三個值越大時，其應用範圍越廣，不同材料有不同的值，以前低溫超導體，雖然 JC 已能達到高度應用價值，但因 TC 遠低於液態氮的溫度，為著要先把溫度降低，往往需要花費很大的成本，所以，它們的應用，一直難以推廣，目前，高溫超導體的 TC 已高於液氮的溫度，成本可大幅降低，所以，有人預測超導體時代，將會在二十一世紀來臨。以下我們就超導體重要的應用，做一些介紹：A 、電力輸送由於超導體內電荷移動不會碰到障礙物，沒有電阻，故不會損耗電力。所以，用它來做發電廠與城市之間電力輸送，可節省大量的能量。B 、製造超強的磁鐵我們先把超導體造成線材繞成線圈。當低溫區溫度降至 TC 以下後，把可控溫區設定在 TC 以上，電源供應器輸出大電流，超導線圈即有強磁場產生，跟著把可控溫區降至 TC 以下並切斷電源。這時，低溫區內超導線即成一密閉迴路。由於超導線無電阻，故在此迴圈所建立的磁場亦可永遠存在。由於用此法所產生的磁場，可高達數十萬高斯以上，一般超強永久磁鐵的磁場，約只有五千高斯左右，故比一般超強永久磁鐵所產生的效應大了一百倍。普通超強永久磁鐵，由於法拉第效應，在相對於金屬板移動時，所產生的排斥力太小，無法抵銷物體重量而升離金屬面，但若改用超導體線圈所造成的磁鐵，若速度夠快時，即可把火車浮起，此即磁浮火車。C 、儲存能量假如超導體線圈做得很大時，則在線圈內所儲存的能量可以很大，當需要使用超導線圈內的能量時，我們可把控溫區升溫到大於 TC ，這時電流被迫向外流，即可把超導線圈當成電源供應器。D 、高速電腦電腦有很多電子元件，需要以導線連接，連線越短，電腦運算當然越快，但一般導線有電阻會發熱，所以連接不能太密，否則，溫度升太高時電腦會過熱而當機，但若用超導線，則無此問題，故可把電腦速度提高。E 、腦波偵測器當把兩個超導體連在一起，有時會造成”弱連結”，即流經該接觸面的電流會對該處磁場非常敏感，人們應用此一原理製成量子干涉儀（ SQUID ），可偵查腦波內磁場的微量變化。當然也可以利用它來觀察心臟跳動時所產生的電磁波。F 、磁浮現象在提到高溫超導體時，往往會看到小磁鐵可漂浮在超導體上方，其實這運用了麥瑟納效應的表現，由於磁鐵的磁場進不了超導體，好像超導體下方放了一個小磁鐵一樣，由於兩個小磁鐵互相排斥，故產生浮力，此即為磁浮。

地球科學

地殼的厚度

磁極強度的變化

預測地震

礦產

生物磁學

遷徙

演化

奈米科技

Scanning SQUID Microscopy

生命科學與醫學

國防 --偵測潛水艇

400.8 km/h in 1987

Carbody dimension (m)Length x width x height

Weight (t) Number builtSeating capacity

22.0 x 3.0 x 3.7 19.0 1 12

Superconducting Coil(SC coil)Magnetomotive force (kA)x poles x rows

Max. speed(km/h)

Site of run Year completed

700 x 6 x 2unmanned:

431manned: 411

Miyazaki Maglev Test Track

1993

On December 2, 2003, this three-car train set attained a maximum speed of 581 km/h in a manned vehicle run.

MLX01

Yamanashi Maglev Test Line

In 1971 Raymond Damadian showed that the nuclear magnetic relaxation times of tissues and tumors differed.

In 1973 the x-ray-based computerized tomography (CT) was introduced by Hounsfield.

In 1975 Richard Ernst proposed magnetic resonance imaging using phase and frequency encoding, and the Fourier Transform. This technique is the basis of current MRI techniques.

In 1977, Raymond Damadian demonstrated MRI called field-focusing nuclear magnetic resonance. In this same year, Peter Mansfield developed the echo-planar imaging (EPI) technique. This technique will be developed in later years to produce images at video rates (30 ms / image).

In 2003, there were approximately 10,000 MRI units worldwide, and approximately 75 million MRI scans per year performed. As the field of MRI continues to grow, so do the opportunities in MRI.

Currently, there are approximately six major clinical MRI original equipment manufacturers (OEMs).

Clinical MRI OEMs

Fonar

General Electric Medical Systems

Hitachi Medical Systems

Philips Medical Systems

Siemens Medical Solutions

Toshiba Medical Systems

DC SQUID Circuitry

超導發電機

Electric generators made with superconducting wire are far more efficient than conventional generators wound with copper wire. In fact, their efficiency is above 99% and their size about half that of conventional generators. These facts make them very lucrative ventures for power utilities.

Hypres Superconducting Microchip, incorporating 6000 Josephson Junctions.

超導馬達

5000 horsepower motor

這艘船是世界最早的超導體電磁推進船。她在 1985 年由日本造船振興財團及執日本造船牛耳的三菱重工神戶造船所共同設計製造，為多年研究之成果。全長 26公尺，寬 10公尺，重 250噸。這艘流線型船之造價為 50億日圓。這艘船的兩邊各有一個推進器，能產生強大的磁場，電流則以直角對著磁場發送電磁力，從船尾排出海水，藉以推進船身。此船推進器很強，不振動且不製造噪音。

The most ignominious military use of superconductors may come with the deployment of "E-bombs". These are devices that make use of strong, superconductor-derived magnetic fields to create a fast, high-intensity electro-magnetic pulse (EMP) to disable an enemy's electronic equipment. Such a device saw its first use in wartime in March 2003 when US Forces attacked an Iraqi broadcast facility.

高溫超導體的新進發展

SCAFStripeStaggered flux

Competing orders

Arrangements of spins (arrows) on copper atoms (circles) in high-temperature superconductors. (a) Antiferromagnetic order seen in the insulating phase. Every spin is antiparallel to its neighbors. (b) A spin density wave that might occur at moderate doping levels. The pattern repeats every eight lattice spacings. There is charge on the sites that have no spin.

Stripe phase

Thanks for your attention.

An idealized application for superconductors is to employ them in the transmission of commercial power to cities. However, due to the high cost and impracticality of cooling miles of superconducting wire to cryogenic temperatures, this has only happened with short "test runs". In May of 2001 some 150,000 residents of Copenhagen, Denmark, began receiving their electricity through HTS (high-temperature superconducting) material. That cable was only 30 meters long, but proved adequate for testing purposes. In the summer of 2001 Pirelli completed installation of three 400-foot HTS cables for Detroit Edison at the Frisbie Substation capable of delivering 100 million watts of power. This marked the first time commercial power has been delivered to customers of a US power utility through superconducting wire. Intermagnetics General has announced that its IGC-SuperPower subsidiary will lead a $20 million project to install an underground, HTS power cable in Albany, New York, in Niagara Mohawk Power Corporation's power grid. The one-quarter-mile cable, believed to be four times the length of any previously installed HTS cable, will be designed to provide more power and operate at significantly lower loss levels than other HTS installations.

http://scholes.alfred.edu/EandS/Pub/snyder/Text/htsc-str.html

超導體　超導體就是電阻質為零的導體。一般導體有電阻，所以當電流流過時電能會產生耗損而變成熱能，而以超導體作為電流的傳播媒介時，若在其內引發電流，由於無電阻，則電流將可持續流轉，也不會因熱效應而衰減，此電流稱為超導電流。超導體處於臨界溫度（ critical temperature ， Tc ）以下時具有超導現象，主要的超導現象為零電阻和反磁性：(1) 零電阻：是指電流流通時無阻力的現象，也就是產生永久電流（ persistent current ），但在超導體內引發的電流，有其上限（稱臨界電流），超過此上限，超導態立即消失。(2) 反磁性：是將超導體放入磁場中，會將其內部的磁場完全排除，其內部磁通量（ magnetic flux)保持為零。因此，若將一超導體放在一個普通的磁體上方，則會因排斥作用而懸浮在空中。

超　導　 90　年................................................................... 1911 年 Onnes意外地發現，將汞冷卻到－ 268.98℃ 時，汞的電阻突然消失；後來他發現許多金屬和合金都具有與上述汞相類似的低溫下失去電阻的特性。................................................... 1913 年 Onnes 在諾貝爾領獎演說中指出：低溫下金屬電阻的消失“不是逐漸的，而是突然的”，水銀在 4 ． 2K 進入了一種新狀態，由於它的特殊導電性能，可以稱為超導態”。................................................... 1932 年 霍爾姆和 Onnes 都在實驗中發現，隔著極薄一層氧化物的兩塊處於超導狀態的金屬，沒有外加電壓時也有電流流過。1933 年 荷蘭的 Meissner 和奧森菲爾德共同發現了超導體的一個極為重要的性質。................................................... 1935 年 德國人 London兄弟提出了一個超導電性的電動力學理論 ................................................... 1953 年 Pipard 推廣了倫敦的概念並得到與實驗基本相符的超導穿透深度的數值。...................................................

1960-1961 年 美籍挪威人賈埃瓦用鋁做成隧道元件進行超導實驗，直接觀測到了超導能隙，證明了巴庫斯理論。他在大量實驗中，曾多次測量到零電壓的超導電流，但未引起他的重視。................................................... 1962 年 年僅 20多歲的劍橋大學實驗物理研究生約瑟夫遜在著名科學家安德森指導下研究超導體能隙性質，他提出在超導結中，電子對可以通過氧化層形成無阻的超導電流，這個現象稱作直流約瑟夫遜效應。

當外加直流電壓為 V 時，除直流超導電流之外，還存在交流電流，這個現象稱作交流約瑟夫遜效應。

將超導體放在磁場中，磁場透入氧化層，這時超導結的最大超導電流隨外磁場大小作有規律的變化。約瑟夫遜的這一重要發現為超導體中電子對運動提供了證據，使對超導現象本質的認識更加深入。約瑟夫森效應成為微弱電磁信號探測和其他電子學應用的基礎。................................................... 70 年代 超導列車成功地進行了載人可行性試驗。超導列車是在車上安裝強大的超導磁體，地上安放一系列金屬環狀線圈。當車輛行進時，車上的磁體在地上的線圈中感應起相反的磁極，使兩者的斥力將車子浮出地面。車輛在電機牽引下無摩擦地前進，時速可高達 500千米。...................................................

1986 年 1月在美國國際商用機器公司設在瑞士蘇黎世實驗室中工作的科學家柏諾茲和繆勒，首先發現鋇鑭銅氧化物是高溫超導體，將超導溫度提高到 30K ；緊接著，日本東京大學工學部又將超導溫度提高到 37K 。................................................... 1987 年 1月初　日本川崎國立分子研究所將超導溫度提高到 43K ；不久日本綜合電子研究所又將超導溫度提高到 46K 和 53K 。中國科學院物理研究所由趙忠賢、陳立泉領導的研究組，獲得了 48 ． 6K 的鍶鑭銅氧系超導體，並看到這類物質有在 70K 發生轉變的跡象。................................................... 2 月 16日　美國國家科學基金會宣佈，朱經武與吳茂昆獲得轉變溫度為 98K 的超導體。................................................... 2 月 20日　中國也宣佈發現 100K 以上超導體。1987 年 3 月 3日，日本宣佈發現 123K 超導體。................................................... 3 月 12日　中國北京大學成功地用液氮進行超導磁懸浮實驗。

. 3 月 27日　美國華裔科學家又發現在氧化物超導材料中有轉變溫度為 240K 的超導跡象。很快日本鹿兒島大學工學部發現由鑭、鍶、銅、氧組成的陶瓷材料在 14℃ 溫度下存在超導跡象。 . 12 月 30　美國休士頓大學宣佈，美籍華裔科學家朱經武又將超導溫度提高到 40 ． 2℃ 。.. 1987 年　日本鐵道綜合技術研究所的“ MLU002”號磁懸浮實驗車開始試運行。1991 年 3月日本住友電氣工業公司展示了世界上第一個超導磁體。10月 日本原子能研究所和東芝公司共同研製成核聚變堆用的新型超導線圈。該線圈電流密度達到每平方毫米 40安培，為過去的 3倍多，達到世界最高水準。該研究所把這個線圈大型化後提供給國際熱核聚變堆使用。這個新型磁體使用的超導材料是鈮和錫的化合物。 1992 年 1 月 27日 第一艘由日本船舶和海洋基金會建造的超導船“大和” 1號在日本神戶下水試航。超導船由船上的超導磁體產生強磁場，船兩側的正負電極使水中電流從船的一側向另一側流動，磁場和電流之間的洛化茲力驅動船舶高速前進。這種高速超導船直到目前尚未進入實用化階段，但實驗證明，這種船舶有可能引發船舶工業爆發一次革命，就像當年富爾頓發明輪船最後取代了帆船那樣。1992 年 一個以巨型超導磁體為主的超導體超級對撞機特大型設備，於美國德克薩斯州建成並投入使用，耗資超過 82億美元。 ................................................... 1996 年 改進高溫超導電線的研究工作取得進展，製成了第一條地下輸電電纜。歐洲電纜巨頭皮雷利電纜公司、美國超導體公司和三藩市的電力研究所的工人，共同把 6000米長的鉍、鍶、鈣、銅和氧製成的線纏繞到一根保持超導溫度的液氮的空管子上。 ...................................................

Fig. 4. The pair formation that occurs in superfluid 3He differs from that which occurs between electrons in a superconductor (Cooper pairs). The magnetic properties of the helium atoms act together, whereas those of the electrons counteract each other. 

文章首先介紹了超導體的概念及人們尋找超導體的過程。超導體顧名思義就是通電流後沒有能量耗散的導體，它是由於大量配對電子凝結到一個“步調一致”的相干態後，其運動不受晶格散射的結果。 1911 年荷蘭科學家昂納斯發現水銀的超導現象後，人們一直期望能找到室溫超導體。 1986 年底，瑞士的倍諾茲和米勒首先在原來不曾想到的氧化物中找到了轉變溫度為 30 K 以上的超導體，在世界上掀起了一場對高溫超導電性的追逐。目前氧化物超導體的轉變溫度已經高達 130 多 K ，在某些方面的應用已經嶄露頭角。但由於其自身的特點，氧化物超導體在很多方面的應用受到限制。 文章既而轉向主題二硼化鎂，介紹了這一新型超導體的發現及其性質、機理與應用前景。 2001 年 3月初，日本科學家報導二元材料二硼化鎂在 39 K左右表現出超導特性。這個發現迅速激起了全世界範圍內的研究熱潮。對二硼化鎂超導體性質的研究進展非常迅速，對二硼化鎂超導體機理的認識也不斷深化。理論計算表明，在二硼化鎂中有不只一個能帶跨越費米麵，而且電聲耦合所造成的費米麵失穩完全可能在兩個能帶的費米麵處產生能隙，這一點是二硼化鎂超導體與傳統超導體非常不同之處。有關兩個能隙的圖像後來被比熱、核磁共振、電子隧道譜和角分辨光電子譜的實驗廣泛證實。有關兩個能隙是如何形成的以及它如何影響超導特性是目前有關二硼化鎂超導體研究的熱點。 二硼化鎂超導體在應用上的契機更讓人激動。首先，這個超導體在 20 K左右的溫度，在 8萬倍於地球磁場的情況下可以承載很大的超導電流而且能耗極低。其次，二硼化鎂材料的價格很低，而且遠比陶瓷特性的氧化物高溫超導體容易加工成形。此外，二硼化鎂超導體的超導相干長度較長，容易製備出超導量子干涉器件用於微弱電磁信號的檢測，在大地探礦、醫療儀器、環境和軍事方面具有廣泛應用前景。

今年一月被發現的超導體－硼化鎂 (MgB2)－的性質在這幾個月中已被廣泛的研究。最新的研究成果使 MgB2 在實際應用上的可能性又向前邁進。

超導體最大的特徵便是沒有電阻，所以可以毫無損耗的運送電流。不過這項性質會因為外加磁場而受到限制， 也就是在超過一定限度的外加磁場，也就是臨界磁場後，超導性質便會消失。今年一月所發現的 MgB2具有臨界溫度 39K ，不過最大的缺點便在於臨界磁場相當小，在實用上造成困難。

為了解決這個問題 University of Wisconsin at Madison 的 Chang-Beom Eom 跟他的研究人員在他們的 MgB2 中參入了一些氧。他們發現加入氧之後，樣品的臨界磁場值會增加， 同時也提昇了臨界電流。

英國 Imperial College in London 的 David Caplin 則是利用氫離子束照射MgB2 ，使樣品表現形成缺陷。這樣做的目的是使外加磁場能夠被限制 在缺陷中形成磁渦流(vortex) 而不會四處移動而減低臨界電流強度。

Lucent Technologies 的 Sungho Jin則是提出了用 MgB2製造超導線的新方法。 MgB2 又硬又脆不容易直接拉成線材，所以他們將MgB2 的粉末注入以鐵覆蓋注的金屬微管中，因為 MgB2 很容易跟許多種常見金屬發生反應。 用這種方法所作成的超導線所能負載的臨界電流跟塊材相去不遠。製造成超導線對許多實際應用都會有直接的影響，例如電力運送跟超導磁鐵的製造。

物理：臨界溫度 100K 的超導金屬化合物？

編輯： Fish 一項新的理論計算顯示，化合物 LiBC 在摻雜電洞後的超導臨界溫度，也許可達至 100K 。 還記得一年前硼化鎂 (MgB2) 所掀起的超導熱潮嗎？研究顯示，硼化鎂的超導現象乃源自於電子與聲子之間的強耦合作用。過去一年中，科學家並希望能舉一反三，在具有類似結構的化合物上觀察到超導現象。但到目前為止都尚未有任何的進展。 在上星期於印地安拿波里斯所舉行的美國物理學會年會中，加州大學戴維斯分校的 Warren Pickett則提出了一項令人興奮的假設。根據他們的理論計算，將電洞摻入於原為絕緣體的 LiBC ，其電子與聲子之間的耦合作用可強達 MgB2 的兩倍。這項結果意味者 LiBC 可能是個很好的超導材料。 Warren 並建議用 field effect doping(FED) 的方法將電洞摻入於 LiBC 中。 FED的原理與場效電晶體 (field effect transistor) 類似，並已成功地運用在提升不同材料的超導臨界溫度上，例如碳六十分子組成的晶格 (117K) 。 Warren 認為，即使他們高估了 LiBC 的超導溫度， LiBC 應還是個不錯的超導材料。 原始論文 : Prediction of High Tc Superconductivity in Hole-Doped LiBC, H. Rosner et al., PRL 88, 127001 (2002)

物理：舊理論，新關聯

編輯： John C. H. Chen 高溫超導體過去被認為與 BCS 理論不合，但是最新的研究發現兩者的關係比想像中密切。

超導現象在 1911 年首次在汞中觀察到。主要的原因是因為金屬晶格震盪與電子間的交互作用使得電子能成對流動而沒有阻礙，也就是電流不會受到電阻的影響。

一般的超導體臨界溫度約在 20K左右，但是在 1987 年發現高溫超導體後，超導溫度一下提升到 92K甚至在 1993 年達到 130K 。這種高溫超導的機制一直困擾著科學家並認為過去的聲子－電子交互作用模型並無法用來解釋這個新的現象。電子依然是成對的流動，但是卻多了許多外在的變因，例如磁作用。

Stanford 大學的 Shen教授的研究群作了一個實驗，他們將超導體照光來激發出電子，並測量電子的能量及動量的關係。他們認為這種電子的能量及動量的關係是聲子震動造成電子能無阻礙通過的原因。

Stony Brook 的科學家 Philip Allen表示過去那些把聲子－電子交互作用排除以解釋高溫超導的理論事實上是沒有很令人信服的基礎的，而且沒有一個理論可以自圓其說。

高溫超導的理論依然沒有被提出。儘管它特殊的表現表示過去的超導理論需要被修正，但是根據這個實驗，修正的幅度應該沒有過去想像中來的大。

原始論文Lanzara, A. et al. Evidence for ubiquitous strong electron-phonon coupling in high-temperature superconductors. Nature, 412, 510 - 514, (2001) --參考來源： Nature Science Update: Cold Comfort for Superconductivity

日本利用超導體開發出新型積體電路

    日本半導體技術研究所最近使用高溫超導材料開發出一種新型積體電路，據認為，這種新型積體電路的誕生將使開發更高性能的電腦成為可能。

據日本《讀賣新聞》日前報導，這一新型積體電路是由該所科學家田邊圭一等開發成功的。研究人員在零下 233攝氏度（絕對溫度為 40 度）環境下，把厚度僅為萬分之幾毫米的釔系高溫超導材料薄膜與絕緣體在基板上相互交錯，重疊五層，構成電路，以有、無磁性作為“ 1” 和“ 0” 的信號。把該積體電路組裝到電腦上進行的實驗表明，它所消耗的電力僅為現有電腦的 46％，而運算處理速度要比現有最新普通電腦快百倍以上。

該所認為，如果能把上百塊這種積體電路連接在一起，就可以開發出高性能的半導體元器件和光導纖維用信號測定儀器。

金屬等許多物質在極低溫條件下電阻為零，這種物質就叫做超導體。利用物質的超導性質研究開發電腦等資訊通信器材元器件以及各種高性能的材料和機器，是目前世界各國展開競爭的最新科研領域之一。（

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