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-23℃ 实现超导 —— 最近,人类高温超导记录被刷新!

时间:2018-12-30 19:29:25 作者:迷迷 来源:51区未解之谜网 手机阅读

这项突破是由德国马克斯·普朗克化学研究所的米哈伊尔·埃雷米茨和他的同事们完成的,他们在250K(-23℃)下实现了LaH10(氢化镧)的超导电性。这个结果使我们非常接近室温超导电性。  

众所周知,超导是一种奇特的零电阻现象,即当导电材料的温度接近绝对零时,在物体分子的热运动作用下,材料的电阻趋于零。但是,长期以来,制约超导体广泛应用的主要瓶颈是需要用液氦或液氮冷却最好的超导体(通常为-250℃)。  

研究人员一直在寻找的圣杯是一种能在0℃左右产生超导性的材料,即室温超导性。如果这种材料被发现,它将带来一系列新技术,包括超高速计算机和数据传输。  

目前,超导研究的两个主要方向是发现新的超导材料和从原理上阐明超导现象,其中,在1911-1986年,我们在提高超导体临界温度的过程中取得了一些进展,但很难进一步提及。e自那时以来的温度,此时的数字是23.2K。  

另一方面,约翰·巴丁、利昂·尼尔·库珀和约翰·罗伯特·施里弗于1957年提出的BCS超导理论填补了原理探索上的一大空白。根据这一理论,科学家麦克米兰(McMillan)提出了超导转变温度可能存在一个上限,一般认为不超过40K,这是历史上著名的麦克米兰上限。  

从那时起,许多科学家开始试图打破麦克米伦极限,寻找超导温度超过40K的高温超导体。  

突破发生在1986年初的时候,两个欧洲科学家发现的铜氧化物超导体,因为它的高Tc,它能超越极限的麦克米兰好几次,它被称为高温超导体,但只是超过4万(233°C),这仍然是从真正的室温很长的路。  

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今天,中国科学院物理研究所也对氧化铜超导体的研究作出了重大贡献。科学家们在液氮温度区独立发现了氧化铜超导体,并首次将其元素组成公布为Ba-Y-Cu-O,高温超导率在40中国科学院今天出版的《中国科学院对外开放》。  

当然,新的高温超导理论仍然需要谨慎对待。然而,高温超导记录破裂问题值得进一步研究。  

在这个研究的结果中,Er.z和他的同事说他们已经观察到氢化镧(LaH10)在250开尔文(-23摄氏度)的超导性,这是一个相对闷热的温度。  

这个温度比现在的北极温度要暖和得多。我们的研究已经向室温超导迈出了一大步,研究小组说。应该指出,样品的超导性必须在高压下进行,即170吉帕,大约是地心压力的一半。  

Er.z在这个领域有着相当自豪的研究历史。早在2014年,他就打破了高温超导的记录。当时,他的团队能够测量硫化氢在-80摄氏度,比其他被测试材料高10摄氏度的超导率。  

然后,他把这个记录提高到-70摄氏度,并在2015年8月发表在《自然》杂志上。研究人员发现,当他们将硫化氢样品置于极高的压力(大约150万大气压)下,并将其冷却到-70℃以下时,硫化氢样品显示出典型的超导迹象:零电阻和迈斯纳效应。  

这引发了超导研究领域的一波热潮。华盛顿海军研究实验室的IgorMazin将硫化氢的发现描述为超导体的圣杯。  

众所周知,超导性是由传统的超导体来解释的。在传统的超导体中,正离子的刚性晶格是游荡在电子海洋中的正离子的刚性晶格。当电子穿过晶格时,它们与晶格碰撞并减速,从而产生电阻。一定程度上,当晶格变得足够坚硬,允许机械声波(或声子)通过时,这些波动通过扩散使晶格变形。电子可以在这种变形上无障碍地冲浪,形成超导电流。  

事实上,在低温下,电子结合形成所谓的库珀对。正是这些库珀对通过在晶格中冲浪形成超导特性。  

随着温度的升高,库珀对断裂,超导性停止。发生这种变化的温度称为临界温度。  

到2014年,这种传统超导现象的最高临界温度约为40K或-230℃。事实上,当时许多物理学家认为,这种超导现象在高温下是不存在的。  

这就是为什么Er.z的发现如此特别,因为硫化氢是传统的超导体,许多人认为不可能在高温下发挥它的超导性。  

Er.z激发了一场激烈的理论讨论来解释超导是如何发生的。最后的共识是,在硫化氢中,当温度下降到临界水平以下时,氢离子形成零电阻晶格来传输Cooper对。  

这种现象在高温下会发生,因为氢气很轻。这意味着晶格可以在高温下高速振动。但是晶格也必须牢固地固定在适当的位置以防止振动将其撕裂。这就是为什么超导只在高压下工作。  

自那时以来,已经做了大量的理论和计算工作来预测其他材料是否可以在高温下以同样的方式产生超导电性。Eremitz和他的同事们一直在研究最有可能的材料是氢化镧。  

这一发现不仅是Er.z及其团队的胜利,也是其理论方法的胜利。Er.z及其同事说,这一进展比先前的203K记录高出大约50K,表明在不久的将来有可能在高压下获得室温超导性(273k)。  

然而,仍然有一些工作要做。工业物理学家需要三个独立的证据来确保超导确实发生。首先,当温度下降时,电阻特性降低。Er.z证明了这一点。  

第二个证据是,样品中的元素可以被较重的同位素取代,这会导致晶格以不同的速率振动,相应地改变临界温度。Eremitz和他的同事也有证据表明这一点。他们用氘取代样品中的氢,发现临界温度降至预期的168K。  

第三个证据是梅斯纳效应:超导体应该排除任何磁场。Er.z和他的同事们一直在这点上挣扎。尽管他们确实有一些其他的磁性证据,但是他们的样品非常小——只有几微米宽,位于高压金刚石砧中——而且研究人员不能。直接测量。  

如果没有最后一个特征,物理学家可能不会完全接受这个结果。但是他们的团队正在研究第三个证据。  

同时,该研究也开辟了其他显而易见的途径,计算模型表明,钇超氢化物在300K以上的室温下具有超导性(尽管所需的压力仅在地心区是常见的)。  

因此,一种或其他类型的室温超导体的出现可能并不遥远。到那时,我们的问题将是如何充分利用它们。  

Https:/www..yreview.coms/612559/高温超导记录再次被粉碎  

Arxiv.orgabs1812.01561:高压下氢化镧在250K下的超导电性  


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