室温超导首次实现,但在那里’s a Catch

太空探索最有趣的事情之一是,有多少技术对我们的更远能力产生了影响。可能不会立即在太空中使用的新技术最终仍会产生深远的长期影响。另一方面,每个人都知道某些技术将立即改变游戏规则。超导体或不具有任何电阻的材料是有可能改变游戏规则的技术之一。但是,实际应用的障碍将其适用范围限制在相对较小的 应用领域, 喜欢 磁共振成像 设备和 粒子加速器。但是,现在已经清除了广泛使用超导体的另一个主要障碍。–罗彻斯特大学(UR)的一个实验室刚刚开发出一种可以在几乎室温下工作的实验室。最大的警告是它必须承受与地球核心相似的压力。

UR实验室的超导体,由 Ranga Dias博士,开发基于氢。虽然在寻找不具有任何抗性的材料时似乎不是一个直观的地方,但氢化合物早已在超导路线图中。过去,研究人员一直专注于寻找“氢化物”或氢与另一种物质的组合,以找到即使在极高的压力下也可能在高温下超导的混合物。  

视频详细介绍了室温和压力超导体的潜在影响。
信用:艾萨克·亚瑟(Isaac Arthur)

UR实验室所做的那是新颖的,是在混合中添加了第三个元素–碳。碳与 硫化氢,已经被公认是一种良好的“高温”超导体。与许多突破性的科学实验一样,这种混合要求他们尝试一些细微的调整才能找到有效的系统。在这种情况下,这些调整中的每一个都可能证明是相当昂贵的。

材料组合中最重要的组成部分是 。添加的氢气太少,您将不会获得超导响应。添加过多,材料只会在实验室中无法达到的压力下超导。关键是要找到一个最佳位置,在该位置,材料将在使用称为“工具”的工具可以达到的压力下超导 钻石砧。该砧座虽然会产生人类已知的最高压力,但如果超出其压力极限,也容易破裂。每个人的费用都超过3000美元,因此完成这项工作的研究生很可能会经过许多不眠之夜来计算他们的失败的实际成本。

该图描绘了钻石砧的工作原理,辐射来自顶部,样品架位于两颗压缩钻石之间。
钻石砧系统的图形表示,例如用于创建新型超导体的系统。
图片来源:维基百科用户Tobias1984

但最终,他们确实成功了。 他们提出的材料能够在15摄氏度,267 GPa的温度下超导,这是地球核心330 GPa的75%。 值得庆幸的是,这种压力并没有持续破坏他们的钻石砧。

但是,在如此高的压力下,这意味着该特定材料无法用于任何商业应用。但是,还有更多的东西要学习。尚未发现的材料的一项关键特性是其晶格结构。晶格结构是理解事物超导的重要组成部分。 金属氢 众所周知,由于晶格结构太小而无法显示在传统技术上,因此很难探究晶格结构。由于缺乏理解,因此无法知道将化合物置于如此高的压力下时所形成物质的确切化学组成。  

原子分子氢产生阶段的显微图像:约200 GPa的透明分子氢(左)转化为黑色分子氢,最后反射成495 GPa的反射性原子金属氢。该材料是理解新型超导体结构的关键。
图片来源:Isaac Silvera

碳可能是消除这种压力的关键。形成的晶格结构 与氢形成的轻质键相比,它们非常稳定。如果材料科学家能够以允许电子在较低压力下自由移动的方式利用碳结构,则可能导致室温和压力超导体。 

同时,理论家和实验家将在竞赛中根据这些发现开发新的思想和材料。论文中几乎每篇文章都有来自专业研究人员的热烈报价,而这些专家并不属于原始工作。当科学家们聚在一起赞美同事时’工作,这是一个真正的里程碑的好信号。经过更多的工作,经过100年的研究,我们终于可以在太空探索及其他领域中完全应用超导材料。

学到更多:
科学展– 第一个室温超导体!
广达杂志– 首次实现室温超导
性质– 首次室温超导体激发– and baffles – scientists

图片来源:J。Adam Fenster /罗切斯特大学

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