超导材料虽然因零电阻、抗磁性威名远播,但将其技术化的困难点仍在于,这些材料只能在低温高压环境中发挥作用,也因此,寻找室温下具有超导特性的材料,是科学家梦寐以求的目标。现在科学家似乎成功了,来自罗彻斯特大学的工程师和物理学家们,首次在高压力下开发出室温超导材料,于 15℃ 出现超导特性。
开发室温超导材料(在室温下完全零电阻和完全抗磁性)是凝聚态物理学的圣杯,这种材料可以完全改变当今世界的面貌。2012 年 9 月时,德国莱比锡大学研究人员率先发现石墨颗粒能在室温下表现出超导性,虽然仅 0.01% 部分表现抗磁性,但这一发现具有重要意义──科学家看见室温超导的曙光。
迄今为止,已知最高温度的超导材料仍需在零下 23℃ 才会出现超导性,为 2018 年德国化学家发现的十氢化镧(在压力 170GPa,温度零下 23℃ 时有超导性出现),如果像石墨这种便宜又容易获得的材料能实现室温超导,将引发新一波工业革命。
不过没想到,科学家最先合成出来的室温超导材料不是石墨,而是碳氢化硫(carbonaceous sulfur hydride)。
由罗彻斯特大学物理与机械工程学助理教授 Ranga Dias 领导的团队,将氢与碳、硫结合在一起、于钻石钻(diamond anvil cell)上合成简单的碳氢化硫,发现该材料在温度 15℃ 、压力 39,000,000 psi(267 GPa)环境下表现出超导性。
虽然,实验中产生的压力环境不可能存在于现实世界中,做为比较:海平面大气压力约 15 psi,前者是后者的 260 万倍。(地球核心压力则约 330~360 GPa)。
如果室温超导材料问世,会带来哪些卓越应用?首先,电网不会再因电线中的电阻而损失多达 2MWh 的电;其次是开发出速度比飞机还要快的超导磁浮列车;此外,也能应用在医学成像扫描技术或更高效的电子产品,如果说现在的我们生活在半导体世界,那么这些材料将带领我们进入超导世界,在那里,可能再也不需要电池这东西来储蓄电。
研究的下一步将尝试调整样品的化学成分来降低所需压力,假如混合比例正确,研究人员相信,一个常温常压的超导体终将问世,为人类社会带来巨大进步。新论文发表在《自然》(Nature)期刊。
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(首图来源:罗彻斯特大学/J. Adam Fenster)
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