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超導材料是人類一直夢寐以求的材料。所謂超導材料,就是在特定溫度下電阻為0的導體。如果這種材料能夠得到應用的話,我們的生活將會被顛覆。
雖然人類早在一百多年前就發現了超導現象,但因為那個「特定溫度」實在是太低,通常都在零下的一百多度,有些甚至接近絕對零度,所以超導材料的應用場景一直很小。
但是,就在前幾天,有一條新聞讓整個超導圈都炸開了鍋。
3月7日arxiv上的一篇論文申明,他們合成了一種新的超導材料,它的超導轉變溫度在超高壓條件下達到了史無前例的387K,即114℃,中間態轉變溫度為242k,即零下31℃。
該研究組(Private Research Institute)宣稱他們開始進行高溫超導的研究始於1987年,而本文中他們合成的高溫超導體的轉變溫度在387K甚至更高以至於能夠在室溫下實現超導!
387K這個量級絕對值得兩個里程碑的突破性進展。但是該科學家既沒有公布此室溫超導體的化學成分,也沒有公布自己的研究所地址。作者在論文中列舉了一些驚人現象進行討論,網友經過探討得出了以下一些思考:
正方思考
該高溫超導製作的圓盤可以在未經冷卻的條件下懸浮於磁鐵表面,這是典型的邁斯納效應。這個現象只會出現在超導體接近磁鐵的時候。
如果該圖片不是PS出來的,那麼基本上可以敲定此室溫超導現象的真實性。
反方思考
1. 電阻在 387 K的溫度點突然下降為零,這個在某種程度上可以證明高溫超導現象是真實的。然而,作者必需提供強磁場下的電阻-溫度變化曲線,來完全敲定室溫超導現象的真實性。
2. 磁化率在低於 242 K的時候轉變為抗磁性,這個符合高溫超導的特徵。然而比較可疑的是,作者在報道磁化率的抗磁性的時候,沒有很好的給出抗磁性的強度,使得該室溫超導現象缺乏絕對的說服力。
3. 等溫磁化曲線表明,此高溫超導體在300 K左右確實 具有抗磁性。然而,該超導體在冷卻到 30 K 的時候,卻具備了順磁性。這個讓人非常疑惑。
就目前的文章來看,由於沒有同行評議機制以及別的課題組的驗證,還不能作為真正的發現。但是鑒於文章作者曾經發表過PRL(物理學頂級刊物),為了可靠起見,還是靜靜等待作者後續的文章報道。
為何超導材料會受到這麼大的關注呢?這裡還得來和大家講一下超導材料的發展史。
1911年,荷蘭科學家海克·卡末林·昂內斯用液氦冷卻汞,當溫度下降到絕對溫標4.2K時水銀的電阻完全消失,這種現象稱為超導電性,此溫度稱為臨界溫度。通常來講,這個溫度都是極低的。
汞在4.2K電阻完全消失
1933年,邁斯納和奧克森菲爾德兩位科學家發現,如果把超導體放在磁場中冷卻,則在材料電阻消失的同時,磁感應線將從超導體中排出,不能通過超導體,這種現象稱為抗磁性。
簡單來講,就是你把超導材料放在磁鐵上,它就會懸浮在空中。人們可以用此原理製造超導列車和超導船。由於這些交通工具將在懸浮無摩擦狀態下運行,這將大大提高它們的速度和安靜性,並有效減少機械磨損。
一種採用超導體的懸浮滑板
另外利用超導懸浮還可製造無磨損軸承,將軸承轉速提高到每分鐘10萬轉以上。
起初,超導現象只在少數幾種金屬處於近乎絕對零度(零下273℃)時才會出現。此後,在20世紀80年代,物理學家發現了一類基於陶瓷材料的新材料類別。這些材料可以在零下200℃時發生超導現象,因此被稱作高溫超導材料。
2013年,德國馬普研究所的安德里亞·卡瓦萊里(Andrea Cavalleri)與一個國際團隊在一項實驗已經證明,利用紅外雷射脈衝,研究者首次成功地在室溫下做出了超導陶瓷——儘管只持續了1微秒的百萬分之幾。、
以前的問題是怎麼找到常溫超導材料,現在的問題變了,怎麼讓常溫超導材料堅持久一點,解決問題往往是從問對問題礙開始。
所以,這次Private Research Institute的研究如果屬實的話,其震撼程度絕對不亞於引力波的發現。
此外,對於這種室溫超導材料的應用,網友們也有以下幾個腦洞:
超導直接降低了電力運輸成本,而連帶的影響可遠至人類生活習慣與國際政治生態的每個角落。常溫超導電網,在這個時代所扮演的,正是當年鐵路的角色,它所連接起的,將是超民族超國家的龐大命運共同體。如果這一臨界溫度真的實現的話,那將意味著科學家可以把我們的室溫超導電纜鋪設到非洲大陸去了。
我們甚至也可以製造出電影《阿凡達》中奇幻美麗的空中移動潘多拉世界。好像我們離這個世界被顛覆的日子不遠了。
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