低溫低壓下創造的超導材料,人類有福音了

心問真相 發佈 2024-04-01T15:56:49.696705+00:00

《nature》在一項歷史性的成就中,羅切斯特大學的研究人員創造了一種超導材料,其溫度和壓力都足夠低到實際應用的程度。機械工程和物理學助理教授Ranga Dias領導的一個團隊表示:「有了這種材料,環境超導性和應用技術的曙光已經到來。

《nature》在一項歷史性的成就中,羅切斯特大學的研究人員創造了一種超導材料,其溫度和壓力都足夠低到實際應用的程度。

機械工程和物理學助理教授Ranga Dias領導的一個團隊表示:「有了這種材料,環境超導性和應用技術的曙光已經到來。」在《自然》雜誌的一篇論文中,研究人員描述了一種摻雜氮的氫化物(NDLH),它在20.5攝氏度和10000個大氣壓的壓力下表現出超導性。

儘管10000個大氣壓的壓力可能看起來仍然非常高,但晶片製造中通常使用的應變工程技術,例如,將內部化學材料結合在一起所需壓力更高。

一個多世紀以來,科學家們一直在追求凝聚態物理領域的這一突破。超導材料有兩個關鍵的特性:電阻消失,以及被排出的磁場繞過超導材料。此類材料可實現:

由於電線電阻而不損失高達2億兆瓦時(MWh)的電網

無摩擦、懸浮的高速列車

更便宜的醫學成像和掃描技術,如核磁共振成像和心磁力成像

更快、更高效的電子設備中的數字邏輯和存儲設備技術

托卡馬克機器利用磁場限制等離子體實現核聚變的無限電源。

此前,Dias團隊在《自然》和《物理評論快報》的論文上報導了兩種物質——碳質硫氫化物和釔超氫化物——超導材料,分別為58華氏度/3900萬平方平方英寸和12華氏度/2600萬平方平方英寸。

考慮到新發現的重要性,迪亞斯和他的團隊花了不同尋常的努力來記錄他們的研究,並防止在《自然》雜誌上一篇論文之後產生的批評,該論文導致雜誌編輯撤回。

迪亞斯說,之前的論文已經重新提交給《自然》雜誌,新數據驗證了早期的工作。新數據是在實驗室外的阿貢和布魯克海文國家實驗室,在一群看到超導轉變的科學家面前收集的。對這篇新論文也採取了類似的方法。

迪亞斯實驗室的五名研究生——內森·達森布羅克-加蒙、埃利奧特·斯奈德、雷蒙德·麥克布萊德、海蘭婭·帕桑和迪倫·德基——被列為共同的主要作者。」小組中的每個人都參與了做實驗,」迪亞斯說。這確實是一種集體的努力。」

近年來,通過將稀土金屬與氫結合,然後添加氮或碳而製成的氫化物為研究人員提供了製造超導材料的誘人的「工作配方」。在技術術語中,稀土金屬氫化物形成包合物狀籠狀結構,其中稀土金屬離子充當載體供體,提供足夠的電子來增強H2分子的解離。氮和碳有助於穩定材料。底線:發生超導所需的壓力較小。

除釔外,研究人員還使用了其他稀土金屬。然而,所得化合物在仍然不實用的溫度或壓力下變得超導。

所以,這一次,迪亞斯看向了元素周期表的其他地方。

鑥看起來像「一個很好的嘗試者,」迪亞斯說。它在其f軌道配置中具有高度局部的完全填充的14個電子,可抑制聲子軟化,並增強在環境溫度下發生超導性所需的電子 - 聲子耦合。「關鍵問題是,我們將如何穩定這種情況以降低所需的壓力?這就是氮氣出現的地方。

根據Dias的說法,氮和碳一樣,具有剛性的原子結構,可用於在材料內創建更穩定的籠狀晶格,並使低頻光學聲子硬化。這種結構為超導性在較低壓力下發生提供了穩定性。

迪亞斯的團隊創造了一種99%氫氣和1%氮氣的氣體混合物,將其放入裝有純鑥樣品的反應室中,讓組分在392華氏度下反應兩到三天。

由此產生的鑥 - 氮 - 氫化合物最初是「有光澤的藍色」,該論文指出。當化合物在金剛石砧單元中被壓縮時,發生了「驚人的視覺轉變」:在超導開始時從藍色到粉紅色,然後變成鮮紅色

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