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室温超导体（常温超导体）

次浏览 | 更新时间：2023-05-20

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室温超导体

常温超导体

室温超导体又称常温超导体，其实不论高温、室温或低温，只要尽量将化合物中的各种粒子给处于稳定一点的状态，并令(其中各种粒子的)自旋方向一致，自旋速度一致，如此一来便能使得，待传送的那个电子拥有一个更平稳。顺向(像是气流用语中的"驶流方向＆辐合方向)的传送环境，便可近乎于常温超导体的概念了，(传送过程中，不被反向自旋的粒子，给碰撞干扰，也不被顺向但自旋较慢之粒子给减速)。

基本信息

中文名	室温超导体
外文名	Room temperature superconductor
时间	2014年
性质	超导体
发现时间	2013年

基本信息

2013年，德国马普研究所的安德里亚·卡瓦莱里(Andrea Cavalleri)与一个国际团队合作发现，当YBCO被红外激光脉冲照亮时，在很短的一瞬间，它会暂时在室温下变成超导体。激光明显改变了这种晶体中双层之间的耦合。不过，确切的机制当时并不清楚。

发展经历

于是，物理学家决定用美国的LCLS，世界上最强大的X射线激光器，从实验上揭开这个谜题。“我们再次向这种晶体发射了红外脉冲，这会激发某些原子开始振荡，”最近这项新研究的第一作者、马普学会的物理学家罗曼·曼科夫斯基(Roman Mankowsky)解释说，“短时间之后，我们再用X射线短脉冲照射晶体，精确测量被激发晶体中的晶体结构。”

结果，他们发现：红外脉冲不只是激发这些原子振荡，还使它们的位置在晶体中发生偏移。这会使双层氧化铜短时间内变得更厚一些，增厚了大约2皮米(差不多是一个原子直径的百分之一)，而它们之间的夹层则相应变窄了那么多。进而，这样的变化增加了双层之间的耦合程度，使得这种晶体在几皮秒内变成了室温超导体。

一方面，新的研究结果有助于补完仍旧不完整的高温超导理论。“另一方面，它可以帮助材料科学家开发具有更高临界温度的新超导材料，”曼科夫斯基说。“也许不需要冷却、能够在室温下工作的超导材料将不再是梦想。”直到现在，超导磁体、引擎和线缆都必须用液氮或液氦冷却到远低于零度的温度。如果复杂的冷却设施不再需要，那超导技术就获得了突破。

这一结果12月4日被发表在《自然》杂志上。

机理解释

一个由德国马克斯普朗克物质结构与动力学研究所参与的国际小组，2014年12月4日在《自然》杂志上报道了他们的此项工作。研究组相信这一现象背后的原理是：激光脉冲导致晶体晶格中的单个原子发生短暂变动，从而导致超导性的产生。这项成果将有望帮助现有低温超导材料实现在高得多的温度条件下实现超导性，因此拥有广泛应用前景。

研究情况

火力发电厂可以建造在任何地方，但利用可再生能源的绿色电厂就要谨慎选址了，因为高原上才有强劲的风，沙漠中方能长沐日光，因此要向绿色能源转变，我们面临的最大挑战之一，就是如何跨越数百千米的距离，将这些来自偏远之地的电力输送至城市。最先进的超导电缆可将电能输送几千千米而仅有百分之几的损耗。但麻烦的是，电缆必须一直浸在77K(约 -196℃)的液氮之中。因此，如果要架设这样的电缆，每隔一千米左右就必须安装泵机和冷却设备，大大增加了超导电缆方案的成本和复杂程度。

能在常温常压下工作的超导体，将使全球化电力供应梦想成真。通过横穿地中海底的超导电缆，非洲撒哈拉沙漠的太阳也可以给西欧供电。然而，制作室温超导体的秘诀至今依然成谜，与 1986年时没有什么两样——研究人员就是在那一年，首次制备出了可在相对“高温”的液氮中实现超导的物质(此前的超导体需要冷却至 23K以下)。

2008年，一大类以铁元素为基质的全新超导体(铁基超导体)被人发现。理论学家能够找到高温超导体工作机制的希望也因此而大增(参见《环球科学》 2009年第8期《高温超导“铁”的飞跃》)。如果掌握了这一机制，室温超导体也许就不再遥不可及。遗憾的是，进展仍很缓慢。

最新发现

当地时间2023年3月7日，纽约罗切斯特大学物理学家朗加·迪亚斯在美国物理学会年会上介绍了团队的研究新进展。称他们创造出的超导可在室温和相对较低的压力下工作。

研究团队发现了一种由氢、氮、镥组成的材料，迪亚斯和同事将这些元素混合在金刚石压砧（diamond anvil cell，产生超高压的装置）中，施加不同的压力，测量电阻。开尔文（Kelvins，K）是一种绝对温标，以绝对零度为计算起点。实验发现，在294K（即21°C）的温度下，材料失去电阻，不过仍然需要10kbar（约大气压力的10000倍）压力才能实现材料的超导性能。但这已经远低于在室温工作的超导通常所需要的数百万个大气压。迪亚斯表示，“这是可用于实际应用的新材料的开端。”

如果这一研究成果得到证实，这种材料有望用于现实。不过这项研究可能会面临严重质疑，部分原因是该团队早期发表的文章声称在15°C下发现了一材料的超导性。2020年10月，《自然》杂志报道了迪亚斯联合内华达大学等团队在室温超导领域的突破，实现了15℃温度下的碳氢硫化物超导。这种新型室温超导体要在267GPa（1GPa=10kbar）的压力下工作。但在2022年9月26日，《自然》杂志撤回论文，称研究人员在数据处理方面存在违规行为。

撤稿声明显示，该研究关键数据处理、分析的有效性受到怀疑，尽管作者坚持认为原始数据能够支持论文的主要结论，但过去两年中其他科学家对研究数据的频繁质疑无疑削弱了论文可信度。佛罗里达大学凝聚态物理学家James Hamlin说：“人们质疑这项研究已有相当长一段时间。” 加州大学圣地亚哥分校理论物理学家Jorge Hirsch表示，仅仅是撤稿还不足够，他认为这反而掩饰了该研究中的学术不端现象：“我认为这里面有大问题，你不能把它视作普通的意见分歧。”

这次撤稿的不寻常之处在于，《自然》编辑不顾9位作者的反对采取了强制撤稿行为。迪亚斯表示：“我们坚持我们的研究结论已经在理论和实验上得到了验证。” 该研究的合著者、内华达大学拉斯维加斯分校物理学家Ashkan Salamat则指出，撤稿声明并没有质疑研究结论最关键的部分——超导体电阻的下降。他说：“我们对《自然》编委会的决策感到困惑和失望。”

而在2017年，当时在哈佛大学的迪亚斯和他的导师伊萨克·西维拉（Isaac Silvera）在《科学》杂志上发表的一篇同行评议论文中声称发现了金属氢。据英国物理学会《物理世界》报道，他们把金刚石压砧里的氢压缩到接近500万个大气压的压力下，通过光学显微镜观察，氢样品有了金属光泽。由于手头没有更好的设备，他们用iPhone拍下了样品照片。后来，一些专家质疑实验的真实性，并提出迪亚斯和他导师的这个实验未能重复实现。

参考资料

[1]

美科学家被撤稿后再称创造室温超导，但仍可能面临严重质疑？ · 中华网[引用日期2023-03-09]

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