破紀錄的超導體操作溫度再創新高

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超導體

超導體的夢想境界 , 在室溫中零電阻的材料 , 又更貼近現實了。 傳統的超導體必須在接近絕對零度(–273.15°C, −459.67°F)才能呈現超導現象;然而,科學家慢慢地將極限推向更高溫度,而現在這項最新的研究顯示,新的超導材料能在最高溫–70°C (–94°F)運作。雖然這個溫度對人類而言仍是冷颼颼的超低溫,但對超導體而言可是非常舒適的溫度。

這項由德國美茵茲(Mainz, Germany) 馬克斯普朗克學會(Max Planck Institute) 化學部研發的超導體材料,是一種可能會在口中留下難受味道的物質, 硫化氫,味道常令人聯想到腐臭的生雞蛋;不過這需要經過鑽石高壓砧以160萬倍的大氣壓力壓擠才能將其物質轉換成超導材質。

我們可以在Nature網站上能找到這些超「酷」的相關報導,過去高溫超導體的操作溫度約–110°C (–166°F),而最新的超導體材料的操作溫度已經提升到比在南極洲測到地球最低溫–89.2°C (–129°F)還要高出將近20度了。新超導體材料破了這項紀錄,這些突破可能將是超導體研發的春天的來臨。

超導體是一種在低溫下完全不具電阻的材質。這是因為在相對高溫下超導體中原子的運動會阻擾電子的移動;然而當這些原子在低溫時會停止震動,此時電子就能無阻的急速流通;超導性的迷人之處在於它能減少能源耗損,降低廢熱。這項新材質的屬性並不是超導體,但具備超導特性。

科學家們企圖在越來越高溫的環境下製造低阻力狀態,這項技術將越來越能廣泛運用在商業領域。最常見的案例即是電腦,電腦零件組在低電阻的條件下,能讓電腦跑得更快也更有力。但是將電腦冷卻至絕對零度是不實際的,倘若是–70°C的條件下,就開始讓人覺得似乎是有可行性的;不過我們可能得再等等,當超導體能在更高溫下產生超導後,就有機會在手提電腦中出現了。

奧地利格拉茨技術大學的Christoph Heil 雖然沒有參與這項研究,但他深信要將其他晃動不定的原子鎖定住是浩大又艱巨的壓力,不過這也許正是為什麼這些低溫超導體化合物在更高溫時也能產生類似屬性。

又另一個理論指出當超導體在低溫時所產生的庫柏對(Cooper pairs) 與低電阻材質息息相關;這使這些材質中的電子配對並某種程度上遠距離鏈結,於是,電流在材料中無阻力的流動,而複合材料中的氫原子提供了完美的平台使庫伯對可以在更高溫的情況下產生。

庫柏對

無可否認的,接下來的研究需要進一步的驗證這些發現,但同時,這些研究結果已經在科學領域界引起廣大的興趣與回響了。下一步將會不斷重複驗證,或甚至找尋更多高溫超導化合物的途徑,像是氫與鉑、鉀、硒等的混合。

不少人知道超導體一種有趣又好玩的特性稱之為麥士納效應(Meissner effect)如下圖可見,當超導體放置在外磁場中,超導體內部產生詭異的現象,沒有內磁場的產生,而且神奇的事情開始發生:物品開始漂浮!!


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來源: Iflscience

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