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轰动物理界!首个室温超导体问世 为它废了几十颗钻石

2020-10-15 14:12 来源: 快科技 科学资讯

一项新纪录,今天轰动整个物理界。

在15℃温度下,竟然也能观察到超导现象!

这就是来自罗切斯特大学的最新研究,他们设计出了一种新型氢化物,可以在这般“高温”下,无任何电阻地导电。

科学家发现,这种由氢-硫-碳组成的材料,在巨大的压力(大约是地球核心的75%)下,15℃室温时就能转变成超导体。

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这也是人类发现的第一种室温超导体。

今天,Nature也以封面的形式对其报道,意义之重,可见一斑。

西班牙巴斯克大学凝聚态物质理论家 Ion Errea认为:“这是第一次真正声称发现了室温超导现象。”

剑桥大学的材料科学家Chris Pickard评价道:“这显然是一个里程碑。”

首个室温超导体

来自罗切斯特大学的科学家将两种氢化物混合在一起,然后在超高压下让整个混合物重新组合。

他们选择了硫化氢(一种臭鸡蛋气味气体)和甲烷(天然气主要成分),将这两种物质与铂电极一起放在金刚石砧中。

金刚石砧是两个“尖对尖”金刚石,在二者之间可以产生巨大的压力,可以达到几百万个大气压。

当压力超过4万个大气压时,研究人员用绿色激光照射数小时,破坏硫-硫键,从而形成硫-氢化合物。

在175万个大气压下,样品冷却至-93°C就会发生超导转变。如果继续增加压力,超导转变的临界温度会不断提高。

当到达到267万个大气压时,只需把样品降低至15°C,就能看到电阻消失。

除了电阻为零外,科学家还发现了另一些超导的证据,比如在转变温度下,这种物质屏蔽了磁场,这是超导体一项重要特征。

为了寻找这种室温超导化合物,他们用废了几十对金刚石砧,每一对的价格3000美元。论文通讯作者Ranga Dias说:“我们研究的最大问题就是金刚石预算。”

金刚石砧产生的超导材料数量极少,大约是单个喷墨颗粒的大小,而且这种超导材料不够稳定,只要放置过夜就会分解。

超高压条件以及不稳定的性质,意味着这种室温超导体难以有实际性质,但这却是人类发现的第一种室温超导体,探索超导体100多年的道路上具有里程碑意义。

应用广泛的超导体

超导体(superconductor),是指在低于某一温度时,电阻为零的导体。

超导现象是在100多年前,由荷兰物理学家昂内斯发现。他把汞降低到4.2K(约零下269度)时,发现汞的电阻突然消失,因此获得了1913年诺贝尔物理学奖。

除了“零电阻”外,它还具有“完全抗磁性”和“磁通量量子化”的特点。

完全抗磁性,又称迈斯纳效应,能让超导体内部的磁感应强度为零,及超导体排斥体内的磁场。这种特性最大的用途是用来做磁悬浮。

磁通量量子化,又叫做约瑟夫森效应,指当两层超导体之间的绝缘层薄至原子尺寸时,电子对可以穿过绝缘层产生隧道电流的现象。

超导体中的磁通量量子化可以用来制造超导计算机。

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除了这些高大上的设备,我们的日常生活也离不开超导体,比如医院里的核磁共振成像,还有手机信号基站也需要超导体来制造滤波器。

然而,超导体的低温限制,成了它的阻碍它应用的最大局限。

直到1987年,美籍华裔物理学家朱经武发现了液氮(77K)温区的“高温超导体”钇钡铜氧,才让超导体应用更加广泛。

但科学家们希望能够找到一种无需冷却,在室温下即可使用的超导体。

这也正是此次发现能够引起如此反响的原因——是科学家们苦苦探寻了几十年的一种超导体,提高温度意味着不需要复杂的冷却设备。

要知道,此次的研究要比去年的最新进展足足高出了30多摄氏度。

除了高温这个局限性外,还有就是高压。

超导体只能在极高的压力下存活,相当于接近地球中心的压力,相当于马里亚纳海沟压力的40倍。

因此,也正如研究作者所说,这意味着它不会有任何直接的实际应用。

尽管如此,物理学家们仍然希望,这个超导体能够为开发在较低压力下工作的零电阻材料铺平道路。

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