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首个室温超导体登上 Nature 封面!15°C 刷新纪录超高压下展示超导特性

来源:爱游戏平台下载    发布时间:2024-09-17 18:16:39
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  近年来,尽管现已连续有不少科学家宣称完成了「室温超导体」,但国内外绝大多数的超导科研者往往都持如上情绪。

  但现在,这种情绪应该要转变了——美国科学家们发明了一种氢化物资料,它居然能在 15°C 的温度下无电阻地导电!

  上述所说的超导,是指超级导电——超导体或超导资料在某一温度下电阻为零。但严厉来讲,只要一起具有上述零电阻效应和彻底抗磁性两种特性的物质,才是科学意义上实在的超导体。

  彻底抗磁性浅显来讲便是对磁场的排挤现象,于 1933 年由Walter Meissner 和Robert Ochsenfeld 两位物理学家对锡单晶球超导体做磁场散布丈量时发现,此现状在科学界有个专业的姓名——迈斯纳效应(Meissner effect)。

  1911 年,荷兰物理学家海克·卡末林·昂内斯(Heike Kamerlingh Onnes)等人使用液氦,将金和铂冷却到了 4.3K(-268.85 摄氏度)以下,发现铂的电阻保持在一个常数水平。接着,他们将汞冷却到 4.2K(-268.95 摄氏度)以下,发现其电阻简直为零,而这正是物质的超导性。

  同年,为赞誉其对低温物质特性的研讨,Heike Kamerlingh Onnes 获诺贝尔物理学奖,后世也将他视为是低温物理学的奠基人。

  依据上述描绘能够正常的看到,“超导”这个词呈现时往往随同的是一个特定温度,而这个温度一般都是很低的,比方:

  1973 年,科学家发现超导的铌锗合金,其临界超导温度为 23.2K(-249.95 摄氏度);

  1986 年,科学家发现一种陶瓷性金属氧化物具有高温超导性,临界温度可达 35K(-238.15 摄氏度),由此获得了 1987 年的诺贝尔物理学奖;

  1988 年,科学家发现汞系超导资料的临界温度达 135K(-138.15 摄氏度);高压条件下其临界温度将能到达 164K(-109.15 摄氏度);

  2015 年,科学家发现硫化氢在极高压下在 203K (-70.15 摄氏度)的温度下会发生超导相变,这一发现现已是其时已知最高温度的超导体了。

  在试验物理学中,一个长期存在的应战便是室温超导,能实在发现「室温超导体」的科研团队能够说是诺奖等级的人物了。

  据知乎答主“我国科普饱览”所说,近年来现已连续有不少科学家宣称完成了「室温超导体」,但实在的状况都是依据不足乃至是造假——这些研讨中宣称发现的超导体被科学界称为「可疑超导体」(Unidentifided Superconducting Objects)。

  这一登上 Nature 封面的效果,来自于罗彻斯特大学(工程与使用科学学院机械工程系、罗彻斯特大学物理与地理学系)和内华达大学拉斯维加斯分校(化学与生物化学系、物理与地理学系)两所美国名校与英特尔公司。

  早在 2015 年 8 月 17 日,一篇重磅论文发表于 Nature。论文显现,高压下,氢和硫的化合物在 −70℃时呈现了超导现象。

  能够说美国科学们此次的研讨是这两大效果的一种「传承」——化合物可在高达287.7 ± 1.2K(约 15 摄氏度)的温度下作为超导体运转,而这种化合物正是由氢、碳和硫组成。

  据了解,这也是超导性初次呈现在由三种元素组成的化合物中。对此,论文合著者之一、拉斯维加斯内华达大学物理学家 Ashkan Salamat 标明:

  参加第三种元素,极大地拓宽了未来寻觅新式超导体的试验的思路。咱们拓荒了一个全新的探究范畴。

  不仅如此,这项研讨还证明了康奈尔大学理论物理学家 Neil Ashcroft 几十年前的猜测:富氢资料或许会在比咱们幻想得高得多的温度下完成超导。

  试验中,研讨团队用到了金刚石砧,金刚石砧由一对金刚石对顶砧和密封垫组成,二者之间能够发生约为几百万个大气压那么大的压力。

  值得一提的是,研讨并不总是一往无前的——该团队总共用废了数十对价值 3000 美元的钻石。

  试验成果终究标明,在到达 267 万个大气压(海平面大气压的 260 万倍)时,化合物在 15°C 时的电阻为零。

  关于这一温度,剑桥大学资料科学家 Chris Pickard 标明,15°C 应该是一个较低的房间温度,也许是维多利亚年代的一间小屋。

  人们永久都在议论室温超导,但他们或许并不非常了解,首个室温超导体是在如此之高的压力下发现的。

  尽管现已完成了物理范畴的一个重要打破,但研讨团队也以为,关于这种物质还有许多不知道之谜。而在 Nature 对其研讨的大篇幅报导中,也将这种化合物称为 Mysterious material(神秘物质)。

  还有许多工作要做,乃至这种晶体的切当结构和化学式也尚不清楚。而给的压力越大,样本量将越小,这便是咱们的丈量进程实在具有应战性的原因。未来期望制造出无需高压且安稳的超导体。

  关于这一成果,2015 年那篇论文的合著者之一、来自德国马克斯·普朗克化学研讨所的物理学家 Mikhail Eremets 也标明:

  这项研讨供给了关于室温超导的令人信服的依据,但我仍是期望能看到更多的试验原始数据。

  磁悬浮列车、核磁共振、超导电缆、轿车马达、量子核算芯片......成果了一大批理论物理学家乃至诺奖得主的超导体在实际中已有了很多使用场景,但在试验上的发展却仍旧极端缓慢。或许,这项室温超导体的发现将为物理学界带来新革新。

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