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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。
) r3 d3 p8 S" O( S) c0 R 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。' p; |5 O2 [# I E
21摄氏度条件下新材料实现超导
$ c4 @( d7 H# W% F* ?) a, A 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。, w7 L, G! Z4 j8 `* ^' `4 V9 V, v
ScienceNews报道截图
& L: n4 T" Q5 X9 y 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。
: C S8 \9 ]; x 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。”+ W9 z4 s# d9 K" D# O
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。
- D3 I) D/ t6 m1 N: F 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。& m/ ]( f1 b4 `% m
该团队类似论文曾遭《自然》撤稿7 {1 c- E, P# U! r) I D( ^+ i
不过，该研究团队的这项研究可能会面受到严格审查。
( U1 f ?2 y K3 ^2 ~0 t 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。; r( _; X4 P1 D. `, c2 ^: v
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。
& u& j0 o% O( Y/ Y 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。8 J1 {7 y7 q3 x3 l8 |
Dias所在团队的论文于2022年9月26日被《自然》撤稿（图片来源：《自然》杂志） % T- s- P, D1 Y5 K4 f! j7 E, Z
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。* g6 i* S: P) c; K& M' C9 z! ?
《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。
- q( t1 f+ L5 w) {# K6 }5 ~ 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。1 C8 f" s* q/ }- l/ G
1986年发现的铜氧化物超导体和2008年问世的铁基超导体不断掀起了人们对高温超导体的研究热潮，更多具备更高临界温度的超导体也随着人们的实验探究而陆续问世。5 E; @9 Q* w6 U9 J# a( f: G
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。& ?4 k# B! H; O# n) ?" F! H
中航证券在一份研报中指出，人们不断追求在更高的临界温度(Tc)下实现材料的超导性，已实现更多的规模化应用可能。放眼未来，寻找能在较低压力下大规模应用的室温超导体是超导研究人员的心之所向。 @' n H+ I/ E6 N# Q3 P
记者|蔡鼎: X1 w( S& z/ I. ?9 z
编辑|程鹏 兰素英 杜波/ Z! f( c2 g( B# B1 X& u7 ]
校对|段炼 |
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发表于 2023-3-9 14:02:02
