物理學家在室溫下實現超導
馬克斯普朗克物質結構與動力學研究所的物理學家將一塊陶瓷保持在超導狀態,反駁了人們普遍認為材料需要冷卻到至少攝氏 -140 度才能實現超導的假設。。
超導材料有潛力改變一切依賴電力的事物,例如電網、運輸, 和再生能源。 這是因為它們能夠在沒有任何電阻的情況下傳輸電流,這意味著它們的運作效率和成本效益令人難以置信。 但現在情況並非如此,因為為了使材料達到超導狀態,需要將其冷卻到接近絕對零度的溫度,而到目前為止,這確實阻礙了這項技術的潛力。
在過去的幾十年裡,科學家們逐漸意識到,使用液態氮或液態氦冷卻至攝氏 -273 度左右的金屬並不是唯一能夠達到超導狀態的材料。 在 20 世紀 80 年代,人們發現陶瓷材料可以在攝氏 -200 度左右的較高溫度(但仍極冷)達到這種狀態。 這就是為什麼它們被稱為高溫超導體。
一種名為釔鋇銅氧化物 (YBCO) 的陶瓷材料因其在超導電纜、電動機和發電機等一系列技術應用中的巨大潛力而被挑選出來。 這種材料由超薄雙層氧化銅材料製成,堆疊在由鋇、銅和氧製成的層之間,旨在允許電子結合成所謂的庫珀對,球隊在新聞稿中報道。
這些庫珀電子對能夠在交替層之間“隧道”,“就像幽靈可以穿牆一樣,形像地說 - 典型的量子效應”他們報告,但人們認為這只能在過冷的溫度下發生。
但隨後馬克斯普朗克的物理學家決定看看如果用紅外線雷射脈衝照射 YBCO 陶瓷材料會發生什麼。 他們發現,在不到一秒的時間內,陶瓷就會在室溫下變得超導。 當我們說「幾分之一秒」時,我們指的是一小部分。 “只有百萬分之幾毫秒,”Gizmodo 的 Adam Clark Estes 說道。 「對於我們令人驚嘆的新室溫來說,壽命非常非常短。 然而,成功的實驗證明這樣的事情是可能的。
研究團隊懷疑這是因為雷射脈衝導致陶瓷晶格結構中的單一原子瞬間移動,增加了材料的超導性。
該團隊解釋了結果馬克斯普朗克研究所的新聞稿:
「紅外線脈衝不僅激發了原子振盪,而且還改變了它們在晶體中的位置。這短暫地使二氧化銅雙層變厚——兩皮米,或原子直徑的百分之一——並且該層它們之間的厚度變薄了相同的量,這反過來又增加了雙層之間的量子耦合,以至於晶體在室溫下變得超導了幾皮秒。
發布結果在日記中自然,該團隊希望這項發現將有助於推動未來超導技術的潛力。 “它可以幫助材料科學家開發具有更高臨界溫度的新型超導體,”首席研究員、物理學家羅曼‧曼科夫斯基說道。 “最終實現在室溫下運行並且完全不需要冷卻的超導體的夢想。”