零電阻不再是夢：復旦團隊新型高溫超導體研究，點亮未來技術之光！ .
文章來源：賢集網 更新時間：2024-07-19 15:25:37
超導，這一神秘而令人著迷的現象，自被發現以來，一直是科學界的焦點。它具有巨大的應用潛力，能廣泛應用于電力傳輸和儲能、醫學成像、磁懸浮列車、量子計算等眾多領域。尋找新型高溫超導體，成為科學界孜孜以求的目標。而在這一征程上，復旦大學物理學系趙俊教授團隊取得了重大突破，他們的研究成果于北京時間 7 月 17 日晚發表在最新一期的《自然》（Nature）雜志上，為超導研究開辟了新的天地。 超導現象的魅力與挑戰 超導體指的是在特定轉變溫度之下電阻為零且呈現完全抗磁性的材料。自 1911 年首次在汞中觀察到超導現象以來，它便展現出了巨大的吸引力。眾多科學家因其研究榮獲諾貝爾獎，足以證明超導領域的重要性。然而，高溫超導現象的核心機制至今仍是一個未解之謎。 1986 年，貝德諾爾茨和米勒在鑭鋇銅氧化物中發現的高溫超導現象，將超導研究推向了一個新高潮。盡管隨后的數十年里科學家們取得了一定進展，但高溫超導的完整理論框架仍未構建完成。 復旦團隊的創新之路 趙俊教授團隊不畏挑戰，利用高壓光學浮區技術成功生長了三層鎳氧化物 La4Ni3O10 高質量單晶樣品。這一成果的取得并非偶然，而是團隊長期努力和創新的結果。 在實驗過程中，他們面臨著諸多困難。鎳氧化物中實現超導的條件極為嚴苛，需要精確的控制和精湛的技術。然而，團隊憑借著不懈的努力和專業的知識，成功克服了這些難題。  他們所合成的 La4Ni3O10 單晶在特定條件下表現出了令人振奮的特性：零電阻和完全抗磁性。通過對樣品的電阻和磁化率測量，結果清晰地顯示了其超導行為（如圖所示）。超導體積分數達到了 86%，這一數據與銅氧化物高溫超導體接近，毫無疑問地證實了鎳氧化物的體超導電性。 新型高溫超導體的獨特性質 研究還發現，該類材料呈現出奇異金屬和獨特的層間耦合行為。這些獨特性質為人們理解高溫超導機理提供了新的視角和平臺。 奇異金屬特性的發現，使得原本復雜的超導現象更加引人入勝。而獨特的層間耦合行為，則為深入探究超導機制提供了新的線索。這意味著，對于超導的研究不再局限于單一的維度，而是可以從更多的角度去剖析和理解。 成果的意義與影響 這一發現具有深遠的意義和廣泛的影響。首先，它為高溫超導機理的研究打開了新的視野。長期以來，高溫超導的謎團一直困擾著科學界，而新型高溫超導體的出現，為破解這一謎團提供了新的可能性。 在實際應用方面，這一成果也為開發更高效、更高溫的超導體帶來了新的希望。超導材料在能源、交通、醫療等領域的應用前景廣闊，如果能夠進一步提高超導材料的性能，將極大地推動這些領域的發展。 此外，對于材料科學領域而言，這是一次重要的突破。它證明了鎳氧化物在超導領域的潛力，為未來材料的設計和研發提供了新的思路和方向。  高溫超導材料在實際生活中有哪些應用場景？ 超導電纜：能有效降低輸電過程中的電能損耗。當超導體材料冷卻到臨界溫度以下時電阻會突然完全消失，利用這一特性制成的電纜可在低溫環境中傳輸強大電流。相比傳統電纜，即使算上制冷系統的耗電，其運行總損耗也能大幅下降。例如，2021年12月世界首套全商業化運行35千伏公里級超導電纜示范工程開始為上海徐家匯商圈的近5萬戶用戶供電；2023年11月國內首條高溫超導低壓直流電纜在江蘇蘇州并網投運。然而，僅靠超導電纜還無法實現超導送電，還需解決電纜終端處的變溫應力導致連接斷裂等問題，這涉及高壓、絕緣、低溫、絕熱、材料等多項技術難關。 超導單晶硅生長爐：在單晶硅生產的直拉法中，于坩堝外施加適當分布的磁場可抑制硅熔體的熱對流，減少雜質進入熔體，從而提高晶體品質。而超導體能產生比永磁體和普通電磁鐵更高的磁場且能耗更低，解決高溫坩堝和超低溫超導線圈之間的隔熱問題后，就可制造出超導單晶硅生長爐，滿足集成電路對硅單晶材料“大尺寸、高品質”的要求。 可控核聚變：目前主流的托克馬克裝置多采用銅或低溫超導磁體，其磁場強度易觸及上限，導致裝置體積大、造價昂貴。高溫超導材料產業化的持續推進，突破了低溫超導磁體場強上限，為托克馬克裝置的小型化提供了支持，進而推動緊湊型托克馬克裝置的發展，同時帶動高溫超導帶材的放量。例如，我國交付全球最大“人造太陽”（ITER）項目最后一批磁體支撐產品，新一代人造太陽“中國環流器三號”首次實現100萬安培等離子體電流下的高約束運行等。 超導感應加熱：利用超導材料的特性，在金屬熱加工領域實現更高效的加熱過程。 磁懸浮：超導體的完全抗磁性可應用于磁懸浮列車，使列車實現穩定懸浮和高速運行。 超導電機：具有體積小、效率高、能耗低等優點。 超導磁共振成像（MRI）：用于醫療領域，可提供更清晰的圖像，幫助醫生進行疾病診斷。 超導量子計算機：助力提升計算機的運行速度和處理能力。 超導限流器：可有效限制電網中的故障電流，提高電網的穩定性和安全性。 電網：在電網中應用超導技術，有助于提高電力系統的整體效率和可靠性。 通信行業：高溫超導微波器件可應用于通信領域，提升信號傳輸質量和速度。 隨著高溫超導技術的不斷發展和成本的降低，其應用場景可能會進一步擴大，為眾多領域帶來更高效、更先進的解決方案。 六、未來展望 趙俊團隊的工作并未止步于此。他們將繼續聚焦該領域的重大問題，深入探究不同體系高溫超導體的內在聯系和機理，尋求更高性能的高溫超導體。 未來的研究可能會集中在以下幾個方面：進一步優化材料的制備工藝，提高超導性能；深入研究奇異金屬和層間耦合行為與超導機制的關系；與其他科研團隊合作，共同攻克高溫超導的難題。 這一發現是超導研究領域的一個重要里程碑，但前方仍有許多未知等待著探索。然而，正是這種對未知的探索精神，推動著科學不斷向前發展。相信在趙俊教授團隊以及全球科學界的共同努力下，高溫超導的神秘面紗將逐漸被揭開，為人類帶來更多的科技進步和福祉。 總之，復旦大學物理學系團隊發現的新型高溫超導體，不僅是他們團隊的驕傲，也是中國科學界的一項重大成果。它為超導領域注入了新的活力，激發了更多科學家投身于這一充滿挑戰和機遇的研究領域。我們期待著未來更多的突破和創新，見證超導技術為人類社會帶來的深刻變革。 原文鏈接：https://www.xianjichina.com/special/detail_552760.html 來源：賢集網 著作權歸作者所有。商業轉載請聯系作者獲得授權，非商業轉載請注明出處。 |
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