物理学家在室温下实现超导
马克斯·普朗克物质结构与动力学研究所的物理学家将一块陶瓷保持在超导状态,反驳了人们普遍认为材料需要冷却到至少 -140 摄氏度才能实现超导的假设。。
超导材料有潜力改变一切依赖电力的事物,例如电网、运输, 和可再生能源。 这是因为它们能够在没有任何电阻的情况下传输电流,这意味着它们的运行效率和成本效益令人难以置信。 但现在情况并非如此,因为为了使材料达到超导状态,需要将其冷却到接近绝对零的温度,到目前为止,这确实阻碍了这项技术的潜力。
在过去的几十年里,科学家们逐渐意识到,使用液氮或液氦冷却至 -273 摄氏度左右的金属并不是唯一能够达到超导状态的材料。 在 20 世纪 80 年代,人们发现陶瓷材料可以在 -200 摄氏度左右的较高温度(但仍然极冷)下达到这种状态。 这就是为什么它们被称为高温超导体。
一种名为钇钡铜氧化物 (YBCO) 的陶瓷材料因其在超导电缆、电动机和发电机等一系列技术应用中的巨大潜力而被挑选出来。 这种材料由超薄双层氧化铜材料制成,堆叠在由钡、铜和氧制成的层之间,旨在允许电子结合成所谓的库珀对,该团队在新闻稿中报道。
这些库珀电子对能够在交替层之间“隧道”,“就像幽灵可以穿墙一样,形象地说 - 典型的量子效应”他们报告,但人们认为这只能在过冷的温度下发生。
但随后马克斯·普朗克的物理学家决定看看如果用红外激光脉冲照射 YBCO 陶瓷材料会发生什么。 他们发现,在不到一秒的时间内,陶瓷就会在室温下变得超导。 当我们说“几分之一秒”时,我们指的是一小部分。 “只有百万分之几毫秒,”Gizmodo 的 Adam Clark Estes 说道。 “对于我们令人惊叹的新室温来说,寿命非常非常短。 然而,成功的实验证明这样的事情是可能的。”
研究小组怀疑这是因为激光脉冲导致陶瓷晶格结构中的单个原子瞬间移动,从而增加了材料的超导性。
该团队解释了结果马克斯·普朗克研究所的新闻稿:
“红外脉冲不仅激发了原子振荡,而且还改变了它们在晶体中的位置。这短暂地使二氧化铜双层变厚——两皮米,或原子直径的百分之一——并且该层它们之间的厚度变薄了相同的量,这反过来又增加了双层之间的量子耦合,以至于晶体在室温下变得超导了几皮秒。”
发布结果在日记中自然,该团队希望这一发现将有助于推动未来超导技术的潜力。 “它可以帮助材料科学家开发具有更高临界温度的新型超导体,”首席研究员、物理学家罗曼·曼科夫斯基说道。 “最终实现在室温下运行并且完全不需要冷却的超导体的梦想。”