这次的"室温超导"爆炸性发现,会是人类的进步?

Posted bisal(Chen Liu)

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了这次的"室温超导"爆炸性发现,会是人类的进步?相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

讲一个这几天物理学界的爆炸性新闻,虽然很多内容,超出了我的认知范围,但"不明觉厉",了解一下,扩展知识了。

得讲个专业名词"超导"。超导现象是指某些材料在特定临界温度( TcT_cT_c )之下,电阻完全消失为零的现象,这些材料也被称为超导体。再通俗些,超导电性就是零电阻,意味着传输电能的时候接近零损耗。

超导现象最早是由荷兰物理学家Heike Kamerlingh Onnes在1911年发现的。Heike Kamerlingh Onnes在1908年将氦气液化,得到了液氦(沸点4.2 K, -268.95 ℃),在1911年发现将金属汞降温到液氦温度以下时,汞的电阻突然神奇的消失了Onnes将此现象命名为超导现象(superconductivity),意为超级导电。因成功制备液氦及发现超导现象,Onnes于1913年获得诺贝尔物理学奖。

如下图所示,金属汞的电阻在4.2 K以下完全消失了,

超导体的零电阻特性可以实现无耗散能源输运,具有极大的应用价值,已经广泛应用于医学核磁共振成像、强磁场(欧洲强子对撞机采用了28吨的超导体)、超导量子计算、航空航天等领域。但目前在常压(一个大气压)下发现的超导体,超导转变温度都很低,极大地限制了超导更加普遍的应用。目前,常压条件下,铜基超导体保持了超导转变温度的最高记录(133  K,-140 ℃)。

自超导发现以来,室温超导一直是一个梦想。

近年来,富氢化合物在高压的超导转变温度( TcT_cT_c )不断刷新记录,从H 3_3_3S(Tc= 200 K)到LaH 10_10_10(Tc= 260 K, –13 ℃)。

下图是超导发现以来的发展历程,

2020年,罗切斯特大学Ranga P. Dias课题组在Nature发文,声称在267 Gpa(267万个大气压)的高压下,在C-H-S的化合物中实现了近室温超导(Tc= 288 K,15 ℃)。该研究引起了巨大轰动,并被Science评为2020年度十大科学突破之一。但质疑声接踵而至,例如Jorge Hirsch就发现,证明近室温超导的关键磁化率数据存在人为捏造的嫌疑。此外,其他课题组也没能重复出近室温超导的实验。在强烈的质疑声浪下,Nature不顾9位论文作者集体抗议,于2022年9月26日将其撤稿。早在2017年,Ranga P. Dias团队就宣称在495 GPa高压下实现了金属氢,也是轰动一时,不过也没有被重复出来,

2023年美国物理学会年会(APS March Meeting)正于3/5-3/10在拉斯维加斯举行,

这次,Ranga P. Dias声称在1 GPa(1万个大气压)下,在三元镥-氮-氢体系中实现了近室温超导(Tc= 294 K, 21 ℃)。从 P. Dias公布的零电阻、迈斯纳效应、比热数据来看,貌似近室温超导被实现了。1 Gpa的压强虽然还是很高,相比于其他富氢化合物动则几百Gpa的高压,1 Gpa显得触手可及。

但是,鉴于该课题组的学术声誉,对实验数据保留谨慎态度。相信很快就会有大量课题组进行跟进,如果能被重复出来,显然是具有颠覆性的意义。室温超导最激动的应用前景,就是解决了可控核聚变的重要技术瓶颈。

超导压力相图,超导转变温度再1 GPa达到最大值294 K,

零电阻及IV曲线,

迈斯纳效应,

比热跳变,证明是体态超导,

这篇论文已经可以从Nature网站下载了,《Evidence of near-ambient superconductivity in a N-doped lutetium hydride》,链接如下,

https://www.nature.com/articles/s41586-023-05742-0?utm_source=wechat_timeline&utm_medium=social&utm_oi=26985929637888

当然是收费的,是不是感觉到满满的"知识就是力量"?

参考资料,

https://www.zhihu.com/question/588302961/answer/2927407251

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