为室温超导新进展“奔⾛相告”?不妨先了解基础概念

来源: 科学大院

发布日期: 2023-03-09 14:57:24

近日,《自然》杂志的一篇最新论文声称,研究团队开发了一种全新的氮掺杂氢化镥体系,在21℃和接近1万个大气压的条件下实现了超导。文章详细介绍了超导材料的基本概念、历史发展、应用价值以及实现室温超导的挑战和最新研究进展。

自1911年首次发现超导现象以来,实现室温超导一直是科学家们的目标。近日,《自然》杂志的一篇最新论文声称,他们向着室温超导的目标迈出了一大步。研究团队开发了一种全新的氮掺杂氢化镥(nitrogen-doped lutetium hydride, NDLH)体系,可以在21℃和接近1万个大气压的条件下实现超导。在等待学界对该论文进行验证前,我们有必要对一些基础概念有所了解。超导材料是啥?有啥用?

超导现象最早于1911年由荷兰莱顿大学的H.K. Onnes研究团队发现——金属汞在4.2 K以下电阻突然消失为零,Onnes将其命名为“超导”,寓意“超级导电”。随后的百余年时间里,各类超导材料不断被发现,目前已知的超导材料有成千上万种,覆盖单质金属、合金、金属间化合物、过渡金属硫族化物/磷族化物甚至有机化合物等。

严格来说,判断一个材料是否属于超导体,必须有两个独立的电磁特性判据:1. 是否具有绝对零电阻;2. 是否具有完全抗磁性。后者由德国科学家Meissner等发现,又称为Meissner效应,即磁场下超导体有完全抗磁响应,其内部磁感应强度B为零,对应的磁化率χ为-1。

超导材料因其绝对零电阻和完美的抗磁特性等特殊物理性质,几乎在所有电和磁相关的领域都有巨大的应用价值。超导本质上是微观电子的配对相干凝聚,是一种宏观量子现象,在量子器件方面也有许多重要用途。超导物理的研究让人们认识到物质中复杂相互作用出现的层展现象,可能有的超越了传统理论框架,对基础物理的发展有重要推动作用。

室温超导,为何难以实现?当前,超导材料特性的发挥都需要维持在极低的温度下。这里的低温指的不是冬天我们经历的那种,而是零下200多摄氏度。因此,维持超导状态需要高昂的成本。一旦能在室温下实现超导,超导材料的应用范围将出现飞跃式的拓展。能否实现室温超导材料,也是领域内最大的挑战之一。最新探索近日,“室温超导”最新论文登上《自然》杂志。

虽然仍然远高于大气压,但在降低了两个量级后,这样的压强已经进入实际应用中能够达到的范围了。研究能够在21℃、10 kbar(近似于1万个标准大气压)的条件下生成超导材料,向着室温超导的目标迈出了重要一步。目前来看,这一研究成果结论最终是否能得到学术界的认可,需要其他实验组来重复检验。

倘若人们真的能够实现常压下的室温超导,迎来大规模应用,或许那时,在家里舒舒服服地躺在室温超导磁悬浮沙发上休息,午饭后坐上时速3000公里以上的真空管道超导磁悬浮列车去巴黎喂个鸽子等之类的奇思妙想,将成为触手可及的现实。

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