首個室溫超導(dǎo)體讓科學(xué)家又驚又喜
科學(xué)家創(chuàng)造出了一種非常神秘的材料,這種材料似乎能在最高15°C的室溫下實現(xiàn)超導(dǎo),創(chuàng)下了超導(dǎo)性的一個新紀(jì)錄。通常來說,超導(dǎo)現(xiàn)象離不開極低的溫度。雖然目前對這種材料的了解還很少,但它展現(xiàn)了2015年發(fā)現(xiàn)的一類超導(dǎo)體的潛力。
當(dāng)然,這個超導(dǎo)體有一個很大的限制:它只能在存在于極端高壓下——接近于地球中心的壓強(qiáng),這意味著該材料還無法直接應(yīng)用。不過,物理學(xué)家希望它能為更低壓強(qiáng)下的零電阻材料開發(fā)鋪平道路。 從磁共振成像儀到手機(jī)信號塔,超導(dǎo)體有各種技術(shù)應(yīng)用。研究人員已經(jīng)開始在高性能風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)中測試這些超導(dǎo)體。不過,對龐大低溫工程的要求依然限制著它們的應(yīng)用。常見超導(dǎo)體可以在大氣壓下工作,但溫度必須極低。即使是最先進(jìn)的超導(dǎo)體——氧化銅基陶瓷材料——也要求溫度在133開爾文(−140 °C)以下。室溫超導(dǎo)體將帶來巨大的技術(shù)變革,比如能讓電子產(chǎn)品在運(yùn)行更快的同時不會過熱。 紐約羅切斯特大學(xué)的超導(dǎo)實驗室。來源:Adam Fenster 《自然》10月14日發(fā)表的最新研究似乎給出了令人信服的高溫超導(dǎo)證據(jù),德國馬克斯·普朗克化學(xué)研究所的物理學(xué)家Mikhail Eremets表示。但他也想看到更多來自實驗的“原始數(shù)據(jù)”。他說,這項研究驗證了他從2015年開始的一項工作,當(dāng)時他的團(tuán)隊報道了首個高壓高溫超導(dǎo)體——能在最高−70 °C的溫度下實現(xiàn)零電阻導(dǎo)電的氫-硫化合物。 2018年,一種高壓氫-鑭化合物被證明[3]可以在−13 °C實現(xiàn)超導(dǎo)。但最新的研究結(jié)果是第一次用三種而非兩種元素組成的化合物實現(xiàn)了這類超導(dǎo)——這種材料由碳、硫、氫組成。加入第三種元素極大地拓展了將來用實驗探索新型超導(dǎo)體所能嘗試的組合,本文作者之一、拉斯維加斯內(nèi)華達(dá)大學(xué)的物理學(xué)家Ashkan Salamat說!拔覀冮_辟了一個全新的探索領(lǐng)域!彼f。 高壓但非極高壓下的超導(dǎo)材料已經(jīng)能投入使用了,美國阿貢國家實驗室的高壓材料科學(xué)家Maddury Somayazulu說,這項研究表明,通過“審慎地選擇超導(dǎo)體的第三和第四種元素”,原則上就能把工作壓強(qiáng)降下來。 這項工作還證實了紐約康奈爾大學(xué)理論物理學(xué)家Neil Ashcroft幾十年前的預(yù)測,即富氫材料或許能在比之前認(rèn)為的高得多的溫度下實現(xiàn)超導(dǎo)!拔艺J(rèn)為高壓領(lǐng)域之外,很少有人曾把他的話當(dāng)真。”Somayazulu說。 神秘材料 紐約羅切斯特大學(xué)的物理學(xué)家Ranga Dias與Salamat等合作者一起,將一種碳?xì)淞蚧旌衔锓湃胨麄冊趦蓚金剛石尖之間切好的微腔中,用激光激發(fā)樣品發(fā)生化學(xué)反應(yīng),并觀察到一個晶體形成。隨著他們不斷將實驗溫度降低,穿過材料的電流電阻降到了零,顯示該樣品已經(jīng)具有超導(dǎo)性。隨后,他們開始增加壓強(qiáng),發(fā)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)變會在越來越高的溫度下出現(xiàn)。最后,他們獲得最佳結(jié)果的實驗條件是287.7開爾文的轉(zhuǎn)變溫度和267吉帕的壓強(qiáng)——相當(dāng)于海平面大氣壓的260萬倍。 研究人員還發(fā)現(xiàn)一些證據(jù)表明這個晶體會在轉(zhuǎn)變溫度下排擠掉它的磁場,這也是驗證超導(dǎo)性的一個關(guān)鍵。但研究人員提醒稱,這種材料仍有許多未知之處!斑有很多工作要做!盓remets說。我們甚至還沒搞清楚這種晶體的確切結(jié)構(gòu)和化學(xué)式!皦簭(qiáng)越高,樣品就越來越小,”Salamat說,“那是讓測量工作最具挑戰(zhàn)性的地方! 我們對由氫和另一種元素組成的高壓超導(dǎo)體已經(jīng)積累了足夠的認(rèn)識。研究人員也對高壓碳?xì)淞蚧旌衔镞M(jìn)行了計算機(jī)模擬,紐約州立大學(xué)布法羅分校的計算化學(xué)家Eva Zurek說。但她認(rèn)為,這些研究無法解釋 Dias團(tuán)隊所觀察到的異常高的超導(dǎo)溫度!拔掖_定,這篇文章發(fā)表出來后,許多理論和實驗研究團(tuán)隊都會開始研究這個問題!彼f。 (來源:Nature自然科研)
關(guān)鍵詞: 超導(dǎo)體
|