在2015年之前,超导体的研究一直都没有什么进展,在这一次,物理学家埃里梅茨(Eremets)再一次打破了超导体的高温记录,这一突破为将来在室温下实现超导现象提供了非常大的可能性。
超导现象是一种奇怪的零电阻现象,当一些材料冷却到临界温度以下时会发生这种现象。最好的超导体必须用液态氦或液态氮冷却才能达到足够低的温度(通常低至 -250c 或 -480f)。对于研究人员来说,最完美的猜想是这样的,即一种材料可以在大约0摄氏度(即所谓的室温超导现象)下形成超导。 如果这样的东西被发现了,它将会释放出广泛的新技术,包括超快的计算机和数据传输。
在超导现象的历史上,关于高温活动的可疑言论比比皆是,而这些言论后来被证明是不可能出现的。事实上,物理学家对此有一个名称:USOs,即不明超导物体。
因此,新的高温超导理论必须谨慎对待。话虽如此,今天有关高温超导记录被打破的消息,仍值得我们更详细地研究。
这项研究来自于 Mikhail Eremets 和他在美因茨马克斯·普朗克化学研究所的同事们的实验室。 Eremets 和他的同事们说,他们已经在温度为 -23 °c 时观察到了镧系氢化物(LaH10)超导体。
这比北极现在的温度还要高。研究小组说:"我们的研究在通向室温超导现象的道路上取得了质的飞跃。"。 (需要注意的是,样本必须承受巨大的压力: 170千兆帕,或者说是地球中心压力的一半。)
Eremets 在这个领域有着相当可观的血统。他在2014年打破了上一个高温超导的记录。在那次实验中,他的研究小组测量了硫化氢的超导电活动,温度为零下80摄氏度,比其他材料高出10度左右。 后来他提高到零下70摄氏度,并在《自然》杂志上发表了这部著作,获得了巨大的赞誉。
但是对于物理学家来说,令人瞠目结舌的是超导材料的本质。
超导性在传统超导体中得到了很好的理解,传统超导体是沐浴在电子海洋中的正离子的刚性晶格。当电子在晶格中运动被碰撞而减慢时,就会产生电阻;而当晶格冷却到一定程度时,就会产生超导,此时晶格变得足够坚硬,足以让机械声波(或声子)在晶格中波动。这些波在传播时使晶格变形。电子可以在这种变形上“冲浪”。
事实上,在低温下,电子彼此结合形成所谓的(Cooper pairs)库珀对。正是这些库珀对在晶格中冲浪,构成了超导性。随着温度的升高,库珀对分开和超导现象停止。 这种变化发生在所谓的"临界温度",在2014年之前,这种超导现象的最高临界温度约为40 k 或 -230 c。 事实上,许多物理学家认为这种超导现象不可能在更高的温度下进行。
这就是为什么 Eremets 的声明如此特别ーー硫化氢是一种传统的超导体,其行为方式被许多人认为是不可能的。
Eremet的发现引爆了一场理论热潮来解释超导是如何发生的。科学家们的共识是,在硫化氢中,当温度降至临界水平以下时,氢离子形成一个输送库珀对的零电阻晶格。
这可以在高温下发生,因为氢很轻。这意味着晶格可以在高温下高速振动。但晶格也必须牢牢地固定在原地,以防止振动将其撕裂。这就是超导性只在高压下起作用的原因。
从那时起,已经有相当多的理论和计算工作来预测其他材料可能在高温下以这种方式超导。其中一个可能的候选人是镧氢化物,这是Eremets和co一直在研究的。
这一发现不仅是Eremet和他的团队的胜利,也是预测它的理论方法的胜利。Eremets和Co.说:“这一距离比之前记录的203 K增加了约50 K,表明在不久的将来,在高压下真正有实现室温超导(即273 K)的可能性。”
因此,这种或另一种形式的室温超导体可能离我们并不遥远。接下来的问题将是如何最好地利用它们。
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