15℃!人类首次实现高压下室温超导,研究登上Nature封面

全世界只有3.14 % 的人关注了

爆炸吧知识

本文转自:机器之心

今天一项新纪录,轰动整个物理界。

「室温超导有可能实现吗?」这个问题困惑了人们许多年。而最新一期的 Nature 杂志封面研究给出了肯定的答案,该研究制造出了第一个无需冷却即可使电阻消失的超导体。

这项研究从投稿到接收仅用了不到十天的时间,并登上了最新一期 Nature 杂志的封面,或可说明其重要性和突破性,毕竟实现室温超导对于人类而言尚属首次。

超导现象是指材料在低于某一温度时,电阻变为零的现象,而这一温度称为超导转变温度(Tc)。超导现象的特征是零电阻和完全抗磁性,这一特征也使得超导在现实中得以应用,但它对温度有较为严格的要求。那么,在非低温条件下,能否实现超导呢?

最近,来自美国罗切斯特大学、英特尔、内华达大学拉斯维加斯分校的研究者给出了肯定的答案。

「室温超导问题」经过了数十年的探索,本周来自罗切斯特大学等机构的研究者称他们制造出了第一个无需冷却即可使电阻消失的超导体,不过新的室温超导体只能在相当于地心压力四分之三的环境下工作。

但是如果研究者能够让材料在环境压力下保持稳定,那么理想的超导电性应用就能够实现,例如用于核磁共振仪和磁悬浮列车的低损耗电力线以及不需要制冷的超功率超导磁体。

研究团队领导者、罗切斯特大学物理学家 Ranga Dias。


研究团队成员、罗切斯特大学物理学专业博士生Nathan Dasenbrock-Gammon

研究团队成员、罗切斯特大学机械工程硕士Ray McBride

该研究发现了能够在室温下以最佳效率导电的材料,这可以说是一项科学里程碑事件。该研究发现,氢元素、碳元素、硫元素的化合物可在高达 59 华氏度(15 摄氏度)的温度下作为超导体运行,比去年的高温超导纪录高出 50 华氏度。

剑桥大学物理学家 Chris Pickard 认为:「这是人类科学史上的里程碑」。但加州大学圣地亚哥分校物理学家 Brian Maple 表示:「由于实验条件极端,这项发现无法用于设备制造。」

室温超导问题的漫漫探索之路

1911 年,荷兰物理学家 Heike Kamerlingh Onnes 在一条汞丝中首次发现了超导性,该汞丝被冷却至 4.2K(-269 摄氏度)。

1957 年,物理学家 John Bardeen、Leon Cooper 和 Robert Schrieffer 从理论角度解释了这一现象:他们提出的「BCS 理论」表明,通过超导体压缩的电子会暂时使材料的结构变形,从而在没有电阻的情况下调换另一电子。

1986 年物理学家发现,在不同的材料中,氧化铜陶瓷的超导性存在于更高的临界温度,即 Tc=30K(约 - 243 摄氏度)。

1994 年,研究人员将压力下汞基氧化铜的 Tc 提升至 164K(约 - 109 摄氏度)。电子仍会在铜氧化物超导体中配对,但是其如何实现超导仍属未知。

1968 年,康奈尔大学的理论学家 Neil Ashcroft 提出固体氢应该具备室温超导性。许多研究团队声称可以使用金刚石压砧制造这类金属氢,这种手掌大小的装置将两个氢样本置于两个金刚石尖端之间,在强压下进行压缩。但是这些研究存在争议,部分原因是压力太大(超过地心压力),以至于常常造成金刚石破裂。

2004 年,Ashcroft 提出将氢与另一种元素结合可能会增加一种「化学预压缩」,从而在较低的压力和更高的温度下实现超导性。

这一策略发挥了作用。2015 年,Mikhail Eremets 领导的马克斯 · 普朗克化学研究所研究团队在 Nature 发表文章称,在 155 GPa 高压(地球大气压力的 100 多万倍)下,H3S 结构的超导临界温度是 203K(约为 - 70℃)。

2019 年,Eremets 等人将含镧富氢化合物的超导临界温度提升到了 250K(约 - 23℃)。但是一旦压力释放,所有化合物就都会分解。

碳硫氢(C-S-H)实现高压下室温超导

此次突破性研究的领导者 Ranga P. Dias 及其同事认为,他们可以通过添加第三种元素碳进一步提高超导临界温度,碳元素与临近原子形成强键。团队成员之一、内华达大学拉斯维加斯分校物理学家 Ashkan Salamat 表示他们是在「蒙着眼摸索」。

他们将碳和硫元素共同碾磨而成的微小固体颗粒装载到金刚石压砧中,然后用管道输入氢气、硫化氢和甲烷 3 种气体。接着,他们使用绿色激光照射金刚石,从而触发化学反应,将混合物转化为透明晶体。

高压下 C-S-H 系统的超导曲线性变化。

当团队将压力提升到 148 GPa 时,发现晶体的超导临界温度变成了 147K(约 - 126℃)。当压力提升到 267 GPa 时,团队实现了 287K(13.85℃)的超导临界温度,这相当于较冷房间或理想酒窖的室温。同时,磁场度量也表明样本具有超导性。

外部磁场下的磁化率和超导转变。

最终研究结果显示,光化学转化的碳硫氢(carbonaceous sulfur hydride, C-S-H)系统的超导临界温度在 267±10 GPa 下最高可以达到 287.7±1.2K(约 15℃)

未来展望

对于 Dias 团队的研究,Eremets 认为结果看起来是可信的。但是,他指出,Dias 团队尚未确定超导化合物的精确结构。研究者将很快着手解决这个问题,并且可能也会尝试将其他元素替换为三组分氢基混合物,从而产生温度更高的超导体。布法罗大学的理论学家 Eva Zurek 表示:「接下来大家都会开展这方面的研究。」

Eremets 补充道,研究的最终目标是找到一种压力释放时依然能够保持稳定的室温超导体。如果能做到这一点,研究结果可能会改变人们的日常生活。Dias 认为这实际上是有可能实现的。但是,在理论上并没有什么办法使氢基材料在环境压力下工作。所以,Zurek 认为,未来未必存在明确的前进道路。

写在最后

超导体若是能够在日常生活中应用起来,对人们的生活影响肯定是巨大的。

当然,这条路是「道阻且长」,虽然已经翻过了一座大山,但还有诸多问题待解决。

参考链接:

https://www.sciencemag.org/news/2020/10/after-decades-room-temperature-superconductivity-achieved

https://www.thepaper.cn/newsDetail_forward_9558315

https://www.nature.com/articles/s41586-020-2801-z

文系网易新闻·网易号“各有态度”特色内容

综合整理自:量子位、微言航语

转自:超级数学建模

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.mzph.cn/news/296045.shtml

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系多彩编程网进行投诉反馈email:809451989@qq.com,一经查实,立即删除!

相关文章

系统日子打印记录

#import <Foundation/Foundation.h>//DmLog----------------------------- #define DmLog_TYPE_1 1 //日志打印 1:开/0:关 #define __DmLOGWITHFUNCTION(s, ...) \ NSLog("%s : %",__FUNCTION__,[NSString stringWithFormat:(s), #…

linux下ui c语言编程,编写的C语言程序,怎么样制作一个UI界面?

c语言制作UI界面需要相关的UI库如windows操作系统本身就提供了UI的接口一个简单的示例代码如下#include LRESULT CALLBACK WndProc(HWND,UINT,WPARAM,LPARAM);int WINAPI WinMain(HINSTANCE hinstance,HINSTANCE hprevinstance,LPSTR line,int cmd){ static TCHAR AppName[]TEX…

使用自定义卫语句写出更简洁的代码

前言上次&#xff0c;我们介绍了Pitcher,可以帮我们简化卫语句&#xff1a;public User(string name, int age) {Throw.When(string.IsNullOrWhiteSpace(name), new ArgumentNullException(nameof(name)));Throw.When(age < 0, new ArgumentOutOfRangeException(nameof(age)…

Struts2的ResultType和Action处理链

Struts2的ResultType和Action处理链Struts2的结果类型在struts-default.xml中定义了Struts2内置的所有可用的<result-type/> 所有的Struts2结果处理类都要直接或间接的实现com.opensymphony.xwork2.Result接口 在struts-default.xml中的<result-types/>里面&#x…

git fork

http://help.github.com/fork-a-repo/ 概要&#xff1a; 克隆别人的代码库到自己的项目中&#xff0c;可以作为子模块的形式使用&#xff0c;或二次开发 操作流程&#xff1a; 在开源项目中点击fork按钮&#xff0c;稍等一会儿&#xff0c;该项目便会拷贝一份到你的respositori…

转软件开发过程中的各种文档

在项目开发过程中&#xff0c;应该按要求编写好十三种文档&#xff0c;文档编制要求具有  针对性、精确性、清晰性、完整性、灵活性、可追溯性。   ◇ 可行性分析报告&#xff1a;     说明该软件开发项目的实现在技术上、经济上和社会因素上的可行性&#xff0c;评述 …

【ACR2015】依那西普按需维持治疗策略有效抑制RA骨破坏进展

标签: 类风湿关节炎; 依那西普; 药物减停; 复发重治 对RA疾病复发患者, 依那西普按需治疗与持续足剂量治疗是否存在疗效差异&#xff1f; Inui K, et al. ACR 2015. Presentation ID: 477. 背景/目的: 生物DMARDs&#xff08;bDMARDs&#xff09;对RA治疗而言非常重要, 尤其对…

堪称经典!这部由苏联最杰出数学家编写的数学教材,为何能大受推崇?

全世界只有3.14 % 的人关注了爆炸吧知识安德列柯尔莫哥洛夫&#xff0c;20世纪苏联最杰出的数学家&#xff0c;也是20世纪世界上为数极少的几个最有影响的数学家之一。1924年他念大学四年级时就和当时的苏联数学家辛钦一起建立了关于独立随机变量的三级数定理。1928年他得到了随…

浅议NetMQ常见模式和消息加密机制

题图来自https://www.pexels.com/概述在传统企业级开发中&#xff0c;消息队列机制已经成为一种非常常见的技术实现手段&#xff0c;而基于NetMQ则看起来有点像一朵“奇葩”&#xff0c;看起来从名字似乎是一个消息队列&#xff08;Message Quene&#xff09;&#xff0c;但事实…

linux python matplotlib 使用,python绘图工具matplotlib在linux下安装和使用

工具介绍&#xff1a;matplotlib 是Python编程语言的一个绘图库及其数值数学扩展 NumPy。它为利用通用的图形用户界面工具包&#xff0c;如Tkinter, wxPython, Qt或GTK向应用程序嵌入式绘图提供了面向对象的应用程序接口(API)。还有一个基于状态机(如开放图形库OpenGL)的程序py…

Struts2的Interceptor和Listener以及Plugin

Struts2的Interceptor和Listener以及PluginStruts2的拦截器在struts-default.xml中定义了很多拦截器&#xff0c;这些拦截器就是用来完成许多强劲功能的保证 而且可以根据已定义的若干拦截器中的某几个拦截器构建成interceptor-stack拦截器栈 其实拦截器栈还可以由拦截器栈组成…

with(nolock)简解

eg&#xff1a;select top 200 from 表A with(nolock) where 条件 为了性能&#xff0c;查询时不锁定表&#xff0c;从而达到提高查询速度的目的。 &#xff08;转&#xff09;SQL中with(nolock)详解 大家在写查询时,为了性能,往往会在表后面加一个nolock,或者是with(nolock),其…

CentOS 5.5下搭建部署独立SVN服务器全程详解

SVN服务器有2种运行方式&#xff1a; 1、独立服务器 (例如&#xff1a;svn://xxx.com/xxx)&#xff1b; 2、借助apache (例如&#xff1a;http://svn.xxx.com/xxx)&#xff1b; 为了不依赖apache&#xff0c;我选择第一种方式&#xff1a;独立的svn服务器。SVN存储版本数据也…

35岁成MIT终身教授!北大数学“黄金一代”再获大奖

全世界只有3.14 % 的人关注了爆炸吧知识18岁时满分斩获国际奥林匹克数学竞赛金牌&#xff0c;本科就读北大数院期间19门课程成绩100分、7门99分&#xff0c;35岁成为麻省理工&#xff08;MIT&#xff09;终身教授……近日&#xff0c;数学“大神”恽之玮再获国际大奖——西蒙斯…

二维数组foreach嵌套遍历,判断连续3天以上的算有效数据

2019独角兽企业重金招聘Python工程师标准>>> $studycourseinfo $studycourseinfoModel->where($where)->limit($page->firstRow.,.$page->listRows)->order(create_time asc)->select(); //$studycourseinfos $studycourseinfoModel->where(…

linux mint 用户管理,Linux Mint 新工具:将网站转变为独立的应用

Linux Mint 目前正在积极推进 20.1 版本&#xff0c;日前官方博客介绍了新版本将会带来的一项有意思的新特性&#xff1a;WebApp 管理器。简单来讲&#xff0c;这一特性可以把网站转变成独立的应用&#xff0c;这与基于 Debian 和 Ubuntu 的发行版 Peppermint OS 名为 ICE 的功…

如何评价一个开源项目——协作影响力

本文由X-lab开放实验室博士生赵生宇创作 该篇博客紧跟上一篇关于活跃度的介绍这篇文章系统介绍了一种基于全域开发者协作网络的项目影响力评估方法&#xff0c;该方法对于分析整个开源生态有极大的帮助。在一次性评估出所有项目的协作影响力的同时&#xff0c;也可以对项目的协…

Struts2中的OGNL表达式

基础知识&#xff08;三&#xff09;Struts2中的OGNL表达式浅析值栈ValueStack对象相当于一个栈&#xff0c;它贯穿整个Action的生命周期&#xff0c;每个Action类的对象实例都会拥有一个ValueStack对象 当Struts2接收到一个*.action请求后&#xff0c;并不是直接调用Action方法…

Qt学习资料

QT 相关资源&#xff08;书籍、论坛、博客等。。。&#xff09;整理... 中文名&#xff1a;《提问的智慧》英文名&#xff1a;How To Ask Questions The Smart Way中文链接1&#xff1a;http://www.beiww.com/doc/oss/smart-questions.html中文链接2&#xff1a;http://communi…

UITableView 界面小实例

最近一是很忙&#xff0c;没时间写东西&#xff0c;今天抽时间来总结一下这几天学到的东西 首先看看&#xff0c;程序现在的样子&#xff1a; 基本完成这些&#xff0c;还有一个webview就不截图了 记录一下要点&#xff0c;首先自定义tableview&#xff0c;这个是按照iphone3开…