物理新大門——人類首次發現室溫超導

2020-11-26 澎湃新聞

物理新大門——人類首次發現室溫超導

2020-10-16 11:09 來源：澎湃新聞·澎湃號·湃客

文/陳根

1911年，荷蘭科學家海克·卡末林·昂內斯（Heike Kamerlingh Onnes）等人發現，汞在極低的溫度下，其電阻消失，呈超導狀態，打開了超導世界的大門。

其後，超導材料也被更多研究和應用。當前，強大的超導電磁鐵已經是磁浮列車、磁共振成像（MRI）和核磁共振（NMR）機器、粒子加速器和其他先進技術的關鍵部件，包括早期的量子超級計算機。

然而，這些裝置中使用的超導材料通常只能在比地球上任何自然溫度都低的極低溫度下工作。這一限制使得它們的維護成本很高，擴展到其他潛在應用程式的成本也太高，這也讓室溫超導的觀測成為實驗物理中長期存在的挑戰之一。

近日，《自然》雜誌發表了一項物理學研究成果，一個美國科學家團隊報告，高壓下在有機成分源的氫化物中，觀察到了室溫超導現象。這代表人類向長久以來的目標——創造出具有最優效率的電力系統，邁出了重要一步。

研究人員表示，要有一個高溫超導體，需要更強的鍵和氫元素，這是兩個非常基本的標準。而其中，氫是最輕的物質，氫鍵是最強的鍵。

然而，純氫只能在極高的壓力下轉化為金屬狀態，因此研究小組轉而採用富含氫的替代材料，但仍能保持所需的超導性能，並能在較低的壓力下進行金屬化。

其具體配方包括氫、碳和硫的混合物，並在一種叫做金剛石頂砧的高壓研究裝置中進行合成有機衍生的含碳硫氫化物。這種碳硫氫化物在大約58°F（14.5°C）和大約3900萬帕斯卡的壓力下表現出超導性。值得一提的是，這種壓力，約是典型胎壓的100萬倍。

在新系統中，用雷射和壓力將元素前驅體（碳、硫和分子氫）轉化為超導材料。超導臨界溫度隨壓力增加而上升，達到了實驗的最高壓力值。

常壓下室溫不行，室溫下常壓難頂，但儘管如此，這一成果也對超導現象的探索乃至實現能夠應用的室溫超導具有重要指導意義。研究人員認為，我們生活在一個半導體社會，有了這種技術，就可以把社會帶入一個超導社會，這也以為著人們再也不需要像電池這樣的東西了。

關鍵詞 >> 物理,超導體,材料

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