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破纪录的超导体操作温度再创新高

2015-9-7 未解之谜网

超导体的梦想境界,在室温中零电阻的材料, 又更贴近现实了。 传统的超导体必须在接近绝对零度(–273.15°C, −459.67°F)才能呈现超导现象;然而,科学家慢慢地将极限推向更高温度,而现在这项最新的研究显示,新的超导材料能在最高温–70°C (–94°F)运作。虽然这个温度对人类而言仍是冷飕飕的超低温,但对超导体而言可是非常舒适的温度。

这项由德国美茵兹(Mainz, Germany) 马克斯普朗克学会(Max Planck Institute) 化学部研发的超导体材料,是一种可能会在口中留下难受味道的物质, 硫化氢,味道常令人联想到腐臭的生鸡蛋;不过这需要经过钻石高压砧以160万倍的大气压力压挤才能将其物质转换成超导材质。

我们可以在Nature网站上能找到这些超“酷”的相关报导,过去高温超导体的操作温度约–110°C (–166°F),而最新的超导体材料的操作温度已经提升到比在南极洲测到地球最低温–89.2°C (–129°F)还要高出将近20度了。新超导体材料破了这项纪录,这些突破可能将是超导体研发的春天的来临。

超导体是一种在低温下完全不具电阻的材质。这是因为在相对高温下超导体中原子的运动会阻扰电子的移动;然而当这些原子在低温时会停止震动,此时电子就能无阻的急速流通;超导性的迷人之处在于它能减少能源耗损,降低废热。这项新材质的属性并不是超导体,但具备超导特性。

科学家们企图在越来越高温的环境下制造低阻力状态,这项技术将越来越能广泛运用在商业领域。最常见的案例即是电脑,电脑零件组在低电阻的条件下,能让电脑跑得更快也更有力。但是将电脑冷却至绝对零度是不实际的,倘若是–70°C的条件下,就开始让人觉得似乎是有可行性的;不过我们可能得再等等,当超导体能在更高温下产生超导后,就有机会在手提电脑中出现了。

奥地利格拉茨技术大学的Christoph Heil 虽然没有参与这项研究,但他深信要将其他晃动不定的原子锁定住是浩大又艰巨的压力,不过这也许正是为什么这些低温超导体化合物在更高温时也能产生类似属性。

又另一个理论指出当超导体在低温时所产生的库柏对(Cooper pairs) 与低电阻材质息息相关;这使这些材质中的电子配对并某种程度上远距离链结,于是,电流在材料中无阻力的流动,而复合材料中的氢原子提供了完美的平台使库伯对可以在更高温的情况下产生。

无可否认的,接下来的研究需要进一步的验证这些发现,但同时,这些研究结果已经在科学领域界引起广大的兴趣与回响了。下一步将会不断重复验证,或甚至找寻更多高温超导化合物的途径,像是氢与铂、钾、硒等的混合。

不少人知道超导体一种有趣又好玩的特性称之为麦士纳效应(Meissner effect)如下图可见,当超导体放置在外磁场中,超导体内部产生诡异的现象,没有内磁场的产生,而且神奇的事情开始发生:物品开始漂浮!!

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