2022年3月8日是什么日子?答:妇女节。然后这一天还是美国物理学会的三月会议中的一天,看似平平无奇的一天,却爆出来可能会改变世界,改变人类的物理学进展。罗彻斯特大学的Dias团队宣称,他们发现了近常压的室温超导体,该超导体是由氢、氮、镥三种元素组成的三元相,该研究团队认为,其在约10kbar(也就是1GPa,约相当于1万个大气压)下可以实现约294K(也就是约21℃)的室温超导电性。
超导态是材料的一种特殊状态,在超导态中,材料处于零电阻的状态中。没有电阻的超导体就完全没有上述问题,电流流经超导体,既不会发热,也不会出现压降,因此电流可以无衰减地在超导体中流动。超导体的意义是显而易见的,如果我们的电线都采用超导体,那就不会存在能量衰减。
我们现阶段使用的特高压输电技术,其实就是提高输电线的电压,来尽可能降低能量损耗,可如果使用了超导电线,将完全不存在这个问题,将彻底改写整个行业,我们可以直接以市电电压传输电力,完全不需要变电站,我们或许可以直接使用直流电。
1911年,昂内斯改进了制冷设备,率先将温度降至液氦沸点之下,在此期间,他发现汞的电阻在4.2K时突然降为零,经过再三确认,他最终确定,这不是实验上的失误或误差,这是汞本征的性质,由此,他打开了超导的大门,汞也是我们发现的第一个超导体,Tc为4.2K。实际上很多材料都具有超导电性。超导的发现及其机理昂内斯仅仅测量的汞的电阻,这揭示了超导体在电输运上的特征,也就是零电阻。
后来,1933年,迈斯纳在对进入超导态的锡或铅金属球做磁场分布测量时发现,当材料进入超导态后,其内部的磁场会迅速被排出体外,磁场只在超导体外部存在,超导体展现出完全抗磁性,这就是迈斯纳效应。
新的室温超导这张图是对磁化率的测量,a图是60Oe(Oe是高斯单位制中表示磁场强弱的单位,可以理解为高斯,即1T=10000Oe)下8kbar(0.8GPa)的磁矩随温度的变化图,可以明显看到其Tc为277K(4℃),b图给出磁矩与外磁场的关系,也符合超导体的特征,c图则是不同压力下的M-T曲线,这里的Tc与电阻上的保持一致,转变温度区间也很小,是非常好的转变。