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基础科学重大突破?美研究团队称突破“室温超导”

基础科学重大突破?美研究团队称突破“室温超导”

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据美国双周刊科学杂志ScienceNews,美国罗切斯特大学的物理学家Ranga
Dias及其团队日前在美国物理学会会议上宣布,他们已经创造出一种可在实际条件(practical
conditions)下工作的超导体。

不过,由于该团队于在2020年10月发表的一篇类似论文受到质疑,最终导致《自然》杂志撤稿,这表明该团队的最新研究成果将面临更为严格的审查。

21摄氏度条件下,新材料实现超导

许多材料都可以成为超导体,只要它们被冷却到非常低的温度,就能够在没有电阻的情况下传输电力。虽然有些超导体可在较高的条件下工作,但它们必须承受极大的压力,这意味着它们无法在实际中应用。

美国罗切斯特大学的一个研究团队表示,他们已经创造出了一种在室温(room
temperature)和相对较低压力条件下工作的超导体。超导体在常规条件下工作,可能预示着一个高效率机器、超灵敏仪器和革命性电子产品的新时代即将到来。

罗切斯特大学的物理学家Ranga Dias在3月7日的美国物理学会会议上表示:“这预示着,对实际应用有用的新型材料已经出现。”

这种超导体是由氢、氮和钚组成的材料。

Dias和他的同事们将这些元素混合在被称为金刚石压砧(diamond anvil
cell)的装置中。然后,他们改变了压力,并测量了化合物中的电流阻力。

令人惊讶的是,在约21摄氏度的温度条件下,这种材料似乎失去了任何对电流的阻力。

不过,实现超导仍然需要10千巴的压力,这大约是大气层压力的1万倍。但这远远低于室温超导体通常所需的数百万个大气压。

如果这项研究结果得到证实,这将使这种材料更有希望应用于现实世界。

该团队类似论文曾遭《自然》撤稿

不过,该研究团队的这项研究可能会面受到严格审查。

2020年10月15日,该团队曾在《自然》杂志刊文,称他们在260万个大气压下,成功创造出了临界温度约为15℃的室温超导材料,这也是人类首次实现室温超导。该文章还成为当月《自然》封面文章,引起轩然大波,因为通常来说,超导现象离不开极低的温度。

罗切斯特大学的物理学家Ranga
Dias与Salamat等合著者一起,将一种碳氢硫混合物放入他们在两个金刚石尖之间切好的微腔中,用激光激发样品发生化学反应,并观察到一个晶体形成。随着他们不断将实验温度降低,穿过材料的电流电阻降到了零,显示该样品已经具有超导性。随后,他们开始增加压强,发现这种转变会在越来越高的温度下出现。

然而,后来《自然》杂志的编辑不顾Dias及其合著者的反对,最终撤回了这篇论文,理由是研究人员在数据处理方面存在违规行为,这削弱了编辑们对这些研究结果的信心。

超导体是一种比常规导体更为优越的无损耗导电材料。现有的超导材料大都需要在极低温下才能工作,这大大限制了它们的大规模应用。因此,找到一种室温超导材料,是全世界物理学家长久以来的梦想。

《每日经济新闻》记者注意到,距离人类首次发现超导现象已经有100多年了。早在1911年,荷兰物理学家Heike Kamerlingh
Onnes就已经发现,当温度降低至4.2K(约-268.95℃)时,浸泡在液氨里的金属汞的电阻会消失。

但直到1957年,才有了第一个真正能描述超导现象的理论——BCS理论。该理论由美国科学家John Bardeen、Leon
Cooper和John
Schrieffer基于“波粒二象性”建立。他们认为,金属外层自由电子在有电压时,会流经晶格点阵形成电流,但通常情况下,这种晶格点阵有缺陷,会因热振动使电流产生阻碍。

2015年,德国马克斯·普朗克化学研究所实验物理学家Mikhail
Eremets及同事报告了第一个超导氢化物——氢和硫的混合物。一些理论物理学家认为,在混合物中添加第三种元素会带来一个新的变量,能够接近环境压力或室温。

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来源: wenxuecity
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