99范文网 > 热点文章 >

常温超导体究竟是啥物质

| 舒淇

室温超导体又称常温超导体,其实不论高温、室温或低温,只要尽量将化合物中的各种粒子给处于稳定一点的状态,并令(其中各种粒子的)自旋方向一致,自旋速度一致,下面小编为大家带来常温超导体究竟是啥物质,希望对您有所帮助!

常温超导体究竟是啥物质

常温超导体究竟是啥物质

要了解“室温超导”,首先我们要知道什么是“超导”。“超导”是一种特殊的物理现象,指的是某些物质在低温或高压的情况下表现出“电阻为零”的性质,这种物质被称为“超导体”。

简单来说,“超导”就是在特定条件下电阻为零的现象。而“室温常压超导”,就是在不需要特殊条件的情况下,就能实现零电阻、抗磁性的现象。

这种技术一旦实现,对我们的生活意味着什么?首先,在能源方面,原本电力的传输会产生消耗,且随着距离的增加,消耗会越大。而“室温超导”零电阻的特性,或将实现超长距离无损耗输电,产能和利用效率将会大大提升。

其次,在交通方面,无损的电力传输和高效的能源存储,或使新能源汽车实现充电五分钟行驶两千公里,磁悬浮列车或成为日常,未来将直接改变人们的交通方式。

最后,在信息处理方面,芯片将无需再顾及发热问题,手机也能拥有小型超算能力,算力的瓶颈将被突破,人工智能和数字技术将迎来爆发式发展。

可以说,“室温超导”带来的无损世界犹如科幻电影,无疑将开启第四次工业革命。然而,韩国研究团队是否真的找到了物理学的“圣杯”?

历史性突破还是乌龙?

韩国团队要求撤回论文

此次“室温超导”事件可以说充满了戏剧性。在7月22日韩国团队发布首次实现“室温超导”后,学术界首先是充满质疑的,其原因在于,韩国团队公布的超导体制备过程极其简单,堪比古代炼金术,将一堆粉末材料扔进炉子里烧制,烧完便能出现超导体材料“LK-99”,其流程简单到在普通的高中实验室内即可完成。

其次,韩国团队仅描述了制备流程,并没有拿出可供检测的实验样品。因此,全世界在最初都处于观望状态。

然而,8月1日“剧情”出现反转,中美俄的实验室同时复现了该材料。美国方面,美国劳伦斯伯克利国家实验室宣布,在超级计算机的模拟下,其结果支持韩国发布的“LK-99”作为室温超导体材料。

俄罗斯方面,俄罗斯科学家Iris Alexandra在社交媒体推特表示,他成功制备出了具备常温抗磁性的“LK-99”晶体,而常温抗磁性正是超导体的特性之一。

中国方面,一个ID为“关山口男子技师”的B站up主,发布了一则名为“LK-99验证”的视频。视频中的实验复现了韩国公布的常温常压超导材料的抗磁性,也就是被复现的材料确实可以磁悬浮。这一实验视频背后的团队是华中科技大学材料学院博士后武浩、博士生杨丽,该实验在常海欣教授的指导下完成。

就在中美俄实验室同日复现该材料的第二天,8月2日,韩国室温超导团队对外宣称,其论文存在缺陷,系团队中的一名成员擅自发布,目前团队已要求下架论文。

机理解释

一个由德国马克斯普朗克物质结构与动力学研究所参与的国际小组,2014年12月4日在《自然》杂志上报道了他们的此项工作。研究组相信这一现象背后的原理是:激光脉冲导致晶体晶格中的单个原子发生短暂变动,从而导致超导性的产生。这项成果将有望帮助现有低温超导材料实现在高得多的温度条件下实现超导性,因此拥有广泛应用前景。

常温超导体有什么优势?

目前已知的超导材料都需要在低温环境下才能表现出零电阻特性。这些低温超导材料的临界转变温度 (Tc) 一般都低于77K(液氮沸点),甚至低于4.2K(液氦沸点)。

因此,低温超导材料的应用受到了制冷成本和技术难度的限制。如果能够发现或制造出在常温下就具有零电阻特性的材料,那么就可以大幅降低制冷需求,扩大超导技术的应用范围和市场规模。 这种在常温下就表现出零电阻特性的材料被称为常温超导体。常温指在室温或接近室温下(约20℃-30℃)。 常温超导体如果存在并被成功开发利用,将会对人类社会产生深远而革命性的影响。

例如: - 常温超导线路可以实现全球范围内无损耗地传输清洁能源(如太阳能、风能等),解决能源危机和气候变化问题;

风电机

- 常温超导计算机可以突破摩尔定律的限制,实现极高速度和极低功耗的信息处理;

- 常温超导磁悬浮列车可以达到音速以上的运行速度,缩短人们出行时间。

磁悬浮列车

现在盛传的 常温超导体的可行性如何?它是否可信? 常温超导体的存在与否一直是物理学界的一个梦想和挑战。虽然目前还没有理论能够完全解释超导现象的本质,但有许多实验和观测表明,超导材料的临界转变温度受到其结构、化学成分、外部压力等因素的影响。

因此,科学家们一直在尝试通过改变材料的组成和条件来提高其临界转变温度,以期望接近或达到常温。 目前已经发现了一些高温超导材料,如铜氧化物、铁基化合物、镍氧化物等,它们的临界转变温度都高于77K(液氮沸点),甚至有些可以达到150K左右 。

然而,在2020年10月14日,《自然》杂志上发表了一篇具有里程碑意义的论文,宣布了一个令人震惊的消息:美国罗切斯特大学和内华达大学拉斯维加斯分校的研究团队,在实验室中成功制造出了第一个在常温下表现出零电阻特性的材料! 这个材料是由碳、硫和氢组成的混合物,在267.15K(21℃)时具有零电阻特性。这是迄今为止最高的临界转变温度,比之前最高记录提高了近120K!这项研究被认为是超导领域最重要和最具革命性的突破之一。

常温超导体可能带来的应用和效益

超导电器:利用常温超导体制作的电路、晶体管、集成电路等电子元件,可以大幅提高电子设备的性能、效率和稳定性,同时降低散热、噪音和能耗。例如,超导计算机可以比普通计算机快上几十倍甚至几百倍;超导电池可以比普通电池存储更多的电能;超导显示器可以比普通显示器更清晰、更节能。

超导输电:利用常温超导体制作的电线、变压器、开关等输电设备,可以实现无损耗的远距离电能输送,同时降低线路阻抗、提高输电容量和安全性。据统计,目前全球每年因为输电线路损耗而浪费的电能约占总发电量的15%,如果使用常温超导输电技术,可以节省大量的能源和成本。

超导发电:利用常温超导体制作的发电机、磁流体发电机等发电设备,可以提高发电效率、降低发电成本和污染。例如,利用常温超导磁体作为“磁封闭体”,可以实现可控核聚变反应堆的设计和运行,从而解决人类长期面临的能源危机。

超导医疗:利用常温超导体制作的核磁共振仪、脑波仪、心脏起搏器等医疗设备,可以提高医疗诊断和治疗的精度、效果和安全性。例如,利用常温超导核磁共振仪,可以对人体内部进行高分辨率、无创伤、无辐射的成像检查;利用常温超导心脏起搏器,可以对心脏病患者进行持久、稳定、无干扰的心律调节。

超导交通:利用常温超导体制作的磁悬浮列车、汽车、飞机等交通工具,可以实现高速、低噪、低耗、低污染的运输方式。例如,利用常温超导磁悬浮列车,可以在没有轨道和摩擦的情况下,以超过音速的速度行驶;利用常温超导磁悬浮汽车,可以在没有轮胎和地面接触的情况下,以更高的效率和安全性行驶;利用常温超导磁悬浮飞机,可以在没有涡轮和推进器的情况下,以更高的高度和速度飞行。

超导科学:利用常温超导体制作的粒子加速器、量子计算机、重力波探测器等科学仪器,可以实现对自然界更深入、更精确、更广阔的探索和认识。例如,利用常温超导粒子加速器,可以对基本粒子和基本相互作用进行更高能量和更高精度的实验;利用常温超导量子计算机,可以对复杂的计算问题进行更快速和更有效的求解;利用常温超导重力波探测器,可以对宇宙中的极端事件进行更灵敏和更清晰的观测。

71381