高溫超導體的臨界溫度將再度突破嗎?來自美國芝加哥大學、德國馬斯克普朗克研究所的國際團隊,最近發現稱為“超氫化鑭”的化合物,于高壓環境中可以在零下23℃表現出超導特性,我們似乎越來越接近開發常溫超導材料的愿景。
所謂超導體(superconductor),是指在特定溫度下呈現零電阻、完全抗磁性的導體,傳輸過程中不會有能量損失,如果有一天,超導體材料可在室溫下普及并與太陽能電場結合,則材料幾乎可以將電力零消耗輸送到任何地方;其他應用領域則比如超級計算機、超高速磁浮列車等。
問題是我們到目前都還沒有室溫超導體這種東西。
根據材料達到超導特性的臨界溫度分類,超導體可分為“低溫超導體”跟“高溫超導體(High-temperature superconductor)”,低溫超導體通常需要特殊技術才能達到臨界溫度,而高溫超導體(相對于絕對零度而言)較接近現實,研究路上從最初的23.2K(約零下250℃)提升到目前的溫度最高記錄,為德國馬克斯·普朗克研究所創造的203K(零下70℃),這已經是很驚人的突破,但明顯離常溫還有一段距離。
現在,由馬克斯·普朗克化學研究所物理學家Mikhail Eremets領導的團隊,可能發現了臨界超導溫度能達到–23℃的高溫超導體新材料:超氫化鑭(lanthanum superhydride)!
研究人員取來僅幾微米大小的鑭金屬樣本,放進一個打孔且充滿液態氫的金屬箔中,接著將此設備連接電線,然后對其施加高達150~170GPa的壓力——將近地球海平面壓力150萬倍。下一步,研究人員以激光光轟擊樣本,使鑭和氫結合形成氫化鑭,最后用X射線束測量該材料的結構與成分
研究人員以激光光轟擊材料樣本(中心藍點)。
研究人員證實,這種材料在零下23℃時表現出超導4種特性中的3種:零電阻(Zero Resistance)、外加磁場下臨界溫度降低、當一些元素被不同的同位素取代時出現溫度變化,只差沒有檢測到邁斯納效應(Meissner effect)。
邁斯納效應是超導體從一般狀態相變至超導態的過程中,對磁場產生排斥的現象,研究人員表示,這是由于鑭金屬樣本非常小,所以無法觀察到這種影響。
雖然團隊對材料施加的壓力之大,不太可能落實應用,但顯然我們又往0℃室溫超導體邁進一大步,研究人員下一個目標,就是尋找在常壓之下也能表現出超導特性的神奇化合物。新論文發布在《Nature》期刊。 |