科學家首度合成出室溫超導材料,在15℃展現超導特性

2020-10-16 木易ai科技

超導材料雖然因零電阻、抗磁性而威名遠播,但將其技術化的困難點仍在於,這些材料只能在低溫高壓環境中發揮作用,也因此,尋找室溫下具有超導特性的材料,是科學家夢寐以求的目標。現在科學家似乎成功了,來自羅徹斯特大學的工程師和物理學家們,首次在高壓力下開發出室溫超導材料,於15℃出現超導特性。

開發室溫超導材料(在室溫下完全零電阻和完全抗磁性)是凝聚態物理學的聖杯,這種材料可以完全改變當今世界的面貌。2012年9月時,德國研究人員率先發現石墨顆粒能在室溫下表現出超導性,雖然僅0.01%部分表現抗磁性,但這一發現具有重要意義——科學家看見室溫超導的曙光。

迄今為止,已知最高溫度的超導材料仍需在零下23℃才會出現超導性,為2018年德國化學家發現的超氫化鑭(在壓力170GPa,溫度零下23℃時有超導性出現),如果像石墨這種便宜又容易獲得的材料能實現室溫超導,將引發新一波工業革命。

不過沒想到,科學家最先合成出來的室溫超導材料不是石墨,而是碳氫化硫。由羅徹斯特大學物理與機械工程學助理教授Ranga Dias領導的團隊,將氫與碳、硫結合在一起、於金剛石壓砧上合成簡單的碳氫化硫,發現該材料在溫度15℃、壓力39,000,000psi(267GPa)環境下表現出超導性。

雖然,實驗中產生的壓力環境不可能存在於現實世界中,作為比較:海平面大氣壓力約15psi,前者是後者的260萬倍。(地球核心壓力則約330~360GPa)。

如果室溫超導材料問世,會帶來哪些卓越應用?首先,電網不會再因電線中的電阻而損失多達2MWh的電;其次是開發出速度比飛機還要快的超導磁浮列車;此外,也能應用在醫學成像掃描技術或更高效的電子產品,如果說現在的我們生活在半導體世界,那麼這些材料將帶領我們進入超導世界,在那裡,可能再也不需要電池這東西來儲蓄電。

研究的下一步將嘗試調整樣品的化學成分來降低所需壓力,假如混合比例正確,研究人員相信,一個常溫常壓的超導體終將問世,為人類社會帶來巨大進步。

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