自柏诺兹（Bednorz）和缪勒（Muller）报道了La-Ba-Cu-O体系具有30 K超导性并开拓了一个全新研究领域——高温超导电性以来，已过去几年时光。在随后激动人心的1987~1988年期间，叉相继发现了几类铜氧化物超导体系，其Tc值——化合物失去电阻的温度值，已高达128 K。

许多人认为，128 K超导体似乎已达极限。但它现在已被苏黎世的斯切林（Andreas Schilling）研究小组突破，他们在Hg-Ba-Ca-Cu-O体系观察到了133.5 K的块状超导电性（Nature，1993，363，56）。大部分高温超导体（HTS）是基于铜-氧层，同时钡和钙为相似组成；添加汞（Hg）导致了一场新的高温超导（HTS）研究热潮。

该发现的关键是几星期前由莫斯科国立大学的普蒂林（S · N · Putlin）研究小组报道的新型汞系单层铜氧化物HgBa₂CuO_4+δ具有94 K的超导电性（Nature（1993）362，226）。早在2年前，这个俄罗斯研究小组就已成功地合成了一个复杂的双层铜氧化物Hg-Ba₂RCu₂O₇（其中R为稀土金属）。但在当时，还未曾制得超导体。

同时，在去年，我的研究小组也在一类新铜-氧化物体系中发现了90 K的超导电性。普蒂林等人注意到在94 K的超导体HgBaCuO_4+δ和铊系超导体Tl-Ba₂CuO_δ-8（T_c值不到10 K）之间结构的相似性，根据过去铊系和铋系化合物的经验，T_c值随铜-氧层数目的增加而增加，这就明确暗示：若能合成具有更高Cu-O层数目新型汞系，则可得到更高T_c值的超导体。斯切林研究小组就是据此获得成功的，他们声称133.5 K超导体系的组成为HgBa₂Ca₂Cu₃O_8+δ，每个单位晶胞中含有3个CuO₂层。

与铊系一样，这种新型汞系材料的合成及表征需高度技巧，才能合成无外组分的4元素混合氧化物。而且，在处理有毒的汞或铊系化合物时需格外小心。样品一般通过以计量混合物前体Ba₂CuO₃₊₈同HgO在密封真空石英管中固相反应制得。当反应完成后，再打开管子。同时发现，最后在流动氧气流中的细纹热处理甚达到新T_c值的关键。人们还发现与铊系铜氧化物明显的相似性——控制氧含量是决定体系是绝缘体还是高温超导体！

这个含有汞的铜氧化物超导体新家族既有与先前的铊系和铋系相似之处，又有微细的不同，例如，94 K超导体HgBa₂CuO_δ+8的总结构特征相似于所发现的TlBa₂CuO_δ-8结构，然而，HgO和TlO层的氧计量和晶体化学却完全不同。这是由于Hg²⁺和Tl³⁺阳离子所需的化学配位环境不同所致。而这些化学及结构差异造成在CuO₂层获得理想的载流子空穴掺杂浓度完全不同。

这里，很有必要回顾一下所有高T_c超导材料共同的基本结构和电子特征。它们可以认为是电活性的“金属”CuO₂层被不同数目的“绝缘”层分开。交替堆砌而成。在HgBa₂CuO_4+δ中，绝缘层含有（Ba O）（HgO_s）盐岩层，为在铜氧化合物中获得导电性及可能的超导性，就需要化学“掺杂”电活性导电层，以产生巡游载流子（空穴）。在低空穴掺杂下，材料为半导体（通常表现为抗铁磁性）；在高掺杂下，就成为金属性的材料。

因此，通过判断选择和控制化学计量比，我们就可在导电层实现半导体——金属的转变。一种观点认为，该体系的超导现象为导电层中载流子对的玻色凝聚。已经明确的是，超导电性的出现总是与半导体——金属转变区密切相关。

这些新型高T_c超导材料的获得还可能导致技术应用的重要进展。一个重要应用方面就是超导临界电流密度Jc，它是表示在不破坏超导电性下，通过超导体的电流量。许多应用都要求材料在高磁场中具有较大的Jc值。铊系超导体在磁场中运载电流的特性对CuO₂层的空间及绝缘层的化学组成极为敏感。通过细致处理新型材料的晶体化学及电子特性，精细调节其Jc将是一个重要挑战。然而，低熔点的HgO将导致优良的晶体生长特性，即使是在多晶样品中。

最后，我们作一历史回顾，将会发现一有趣的现象。超导电性是由昂尼斯（Onnes）于1911年在研究金属元素汞近于液氦温度（4.2 K）时的实验中首次发现的。而由斯切林等人报道的T_c值为133.5 K的新纪录也是成功地结合了汞——这次是以化学“绝缘”形式掺入三层的铜氧化物超导体内。

这一事实再一次告诉我们：如果我们能够了解和利用变幻无穷的元素周期表，更新的进展也许就隐匿在其中。

[Physics World，1993年7月]