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为固体物理的伟大梦想,开辟了一个全新视角:室温下的超导体!

   信息来源:CtXsBZKdJ

去年八月,斯坦福大学宣布了一个高温超导的新时代:镍时代(如下截图“博科园”去年国内率先报道解析);研究发现,在一类特殊的材料,即所谓的镍酸盐中,存在着很有前景的超导体,这种超导体即使在高温下也可以在没有任何电阻的情况下传导电流。然而,很快就变得明显的是,斯坦福大学这些最初令人叹为观止的结果,无法被其他研究小组复制重现。

卷商维也纳技术大学现在已经找到了原因:在一些镍酸盐中,物质结构中加入了额外的氢原子。这完全改变了材料的电学性能,在生产新的超导体时,现在必须考虑这种影响。有些材料只有在接近绝对零度附近温度时才是超导体,这样的超导体不适合技术应用。因此,几十年来,科学家一直在寻找即使在更高的温度下也保持超导的材料。20世纪80年代,“高温超导体”被发现。

“氢”君侧

然而,这里所说的“高温”仍然很冷:即使是高温超导体,也必须经过强力冷却才能获得其超导性能。因此,在更高温度下寻找新超导体的工作仍在继续。长期以来,科学家特别关注所谓的铜酸盐,也就是含铜的化合物,这就是为什么我们也谈到了铜时代。维也纳技术大学固态物理研究所的卡斯滕·霍尔德教授解释道:有了这些铜酸盐,尽管今天高温超导理论仍有许多悬而未决的问题,但还是取得了一些重要的进展。

但现在已经有一段时间了,其他的可能性也在考虑之中,以含铁超导体为基础的所谓“铁时代”已经存在。2019年夏天,来自斯坦福大学的哈罗德·黄研究小组成功展示了镍酸盐的高温超导电性:根据计算,在10年前就已经提出了镍酸盐作为超导体的理论设想,但它们与现在发现的有些不同。它们与铜酸盐有关,但含有镍原子,而不是铜原子。

卷商然而,在经历了一些最初的热情之后,近几个月来已经变得明显的是,镍酸盐超导体生产比最初想象的要困难得多。其他研究小组报告表明:他们的镍化合物没有超导特性,这个明显的矛盾现在得到了澄清。维也纳技术大学梁思说:我们在超级计算机的帮助下分析了镍酸盐,发现它们非常容易接受材料中的氢,在某些镍酸盐的合成中,可以加入氢原子,这完全改变了材料的电子性质。

然而,并不是所有的镍酸盐都会发生这种情况,计算表明,对于大多数镍酸盐来说,加入氢在能量上更有利,但对斯坦福大学的镍酸盐来说就不是这样了。即使是合成条件上的微小变化也能起到作用。来自新加坡国立大学阿里安多·阿里安多周围的小组报告显示:他们也成功地生产出了超导镍酸盐,因其让生产过程中释放的氢气立即逸出。

用超级计算机计算临界温度

卷商在维也纳技术大学,正在开发新的计算机计算方法,并用于理解和预测镍酸盐的性质。由于大量的量子物理粒子总是同时在这里发挥作用,计算非常复杂,但通过结合不同的方法,现在甚至可以估计各种材料超导到的临界温度。这样可靠的计算以前是不可能的。特别是,维也纳技术大学的团队,能够计算出镍盐超导所允许的锶浓度范围,这一预测现在已经在实验中得到证实。

高温超导是一个极其复杂和困难的研究领域,新的镍酸盐超导体,加上对理论的理解和计算机计算的预测能力,为固体物理的伟大梦想开辟了一个全新视角:一种在常温室温下工作的超导体,因此无需任何冷却。

卷商博科园|研究/来自:维也纳技术大学

卷商参考期刊《物理评论快报》

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