物理學家首次發現高溫超導體，實現無損輸電將不是夢

2020-10-15 萬象經驗

1911年，科學家發現了超導電性，它具有兩個關鍵的屬性，一是零電阻，二是邁斯納效應，即超導材料的磁場會被排出。前者是無損傳輸電流的關鍵，而後者是實現​「懸浮」的關鍵。在以前，超導材料的溫度是極低的，​遠低於自然界中存在的溫度。將超導材料保存在此溫度下，非常困難且非常昂貴，​這讓它們無法在實際中應用。



經過幾十年的嘗試，物理學家終於首次在室溫下實現​超導，​並且該研究已經發表在了《自然》雜誌上。他們將碳、硫和氫結合起來，生成碳質硫化氫。在15攝氏度、2670億帕斯卡的高壓下，這個碳質硫化氫​出現了超導性。雖然溫度達到了要求，但是在這麼高的壓力之下，在日常生活中使用仍然是不切實際的​。並且樣品是微小的，其大小介於25到​35微米之間。



普通的低溫超導電性的基礎是系統首先形成費米液體，然後電子對之間藉助於電子-聲子耦合而相互吸引形成電子的庫珀對，這些電子的庫珀對玻色凝聚後形成沒有電阻的超導態​。這個低溫超導電性理論是由美國物理學家巴丁-庫珀-施裡夫於1957年創立，根據它們名稱簡寫為BCS理論​。

BCS理論是第一個成功的微觀超導理論，它很好地解釋了大多數元素的超導性質​。但高溫超導體的奇異行為，使BCS理論遇到了挑戰。傳統材料中，佔主導力量的相互作用較單一，使理論​求解大大簡化。但是在高溫超導體系中，晶格振動、庫侖力、磁耦合、動能等彼此影響，使得電子之間產生很強的關聯效應，大大增加了複雜性​。目前認為，高溫超導體的電子也是以庫珀對的形式存在，但是配對的機制有很大的爭論​。

1986年，銅氧化物超導體的發現，揭開了常溫超導體的夢想的​序幕。超導材料在能源、交通、電子技術、醫療、科學儀器、國防技術等方面有廣泛的應用。作為具有重大發展潛力的應用技術，​競爭十分激烈。​材料學家馬提亞斯說：「如能在常溫下實現超導電性，則現代文明的一切技術都將發生變化。」



現在，溫度不再是超導​的極限。下一步，物理學家將通過調整樣品的成分​來降低它所學的壓力。他們現在有了一個新目標​：製造一種室溫、無需擠壓就能應用的​超導體。研究人員相信，室溫、環境壓力的超導體最終將在我們的掌握範圍之內，實現無損輸電​將不是夢。​

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