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物理学家首次发现高温超导体,实现无损输电将不是梦

1911年,科学家发现了超导电性,它具有两个关键的属性,一是零电阻,二是迈斯纳效应,即超导材料的磁场会被排出。前者是无损传输电流的关键,而后者是实现​“悬浮”的关键。在以前,超导材料的温度是极低的,​远低于自然界中存在的温度。将超导材料保存在此温度下,非常困难且非常昂贵,​这让它们无法在实际中应用。

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经过几十年的尝试,物理学家终于首次在室温下实现​超导,​并且该研究已经发表在了《自然》杂志上。他们将碳、硫和氢结合起来,生成碳质硫化氢。在15摄氏度、2670亿帕斯卡的高压下,这个碳质硫化氢​出现了超导性。虽然温度达到了要求,但是在这么高的压力之下,在日常生活中使用仍然是不切实际的​。并且样品是微小的,其大小介于25到​35微米之间。

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普通的低温超导电性的基础是系统首先形成费米液体,然后电子对之间借助于电子-声子耦合而相互吸引形成电子的库珀对,这些电子的库珀对玻色凝聚后形成没有电阻的超导态​。这个低温超导电性理论是由美国物理学家巴丁-库珀-施里夫于1957年创立,根据它们名称简写为BCS理论​。

BCS理论是第一个成功的微观超导理论,它很好地解释了大多数元素的超导性质​。但高温超导体的奇异行为,使BCS理论遇到了挑战。传统材料中,占主导力量的相互作用较单一,使理论​求解大大简化。但是在高温超导体系中,晶格振动、库仑力、磁耦合、动能等彼此影响,使得电子之间产生很强的关联效应,大大增加了复杂性​。目前认为,高温超导体的电子也是以库珀对的形式存在,但是配对的机制有很大的争论​。

1986年,铜氧化物超导体的发现,揭开了常温超导体的梦想的​序幕。超导材料在能源、交通、电子技术、医疗、科学仪器、国防技术等方面有广泛的应用。作为具有重大发展潜力的应用技术,​竞争十分激烈。​材料学家马提亚斯说:“如能在常温下实现超导电性,则现代文明的一切技术都将发生变化。”

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现在,温度不再是超导​的极限。下一步,物理学家将通过调整样品的成分​来降低它所学的压力。他们现在有了一个新目标​:制造一种室温、无需挤压就能应用的​超导体。研究人员相信,室温、环境压力的超导体最终将在我们的掌握范围之内,实现无损输电​将不是梦。​

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