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科学家正研究寻找更好超导材料的新招数

即使经过30多年的研究,高温超导性仍然是材料物理学中未解之谜之一。使得某些材料即使在相对较高的温度下仍能无阻力地传导电流的确切机制仍未被完全理解。两年前,人们发现了一类新的有希望的超导体:所谓的层状镍酸盐。现在,维也纳大学的一个研究小组通过比较理论和实验,首次成功地确定了这些新型超导体的重要参数。

科学家正研究寻找更好超导材料的新招数

这意味着,现在第一次有了一个理论模型,可以用来理解这些材料中高温超导的电子机制。

目前已知有许多超导体,但它们中的大多数只在极低的温度下超导,接近绝对零度。在较高温度下仍然保持超导的材料被称为\”高温超导体\”–尽管这些\”高\”温度(通常在低于-200℃的数量级)以人类的标准来看仍然是非常寒冷的。

科学家正研究寻找更好超导材料的新招数

找到一种在明显更高的温度下仍然保持超导性的材料将是一个革命性的发现,将为许多新技术打开大门。长期以来,所谓的铜酸盐被认为是特别令人兴奋的候选材料–一类含有铜原子的材料。然而,现在,另一类材料可能被证明是更有希望的。镍酸盐,具有与铜酸盐类似的结构,但用镍而不是铜。

\”对铜酸盐进行了大量的研究,并有可能极大地提高该材料保持超导的临界温度。如果新发现的镍酸盐能够取得类似的进展,这将是一个巨大的进步,\”来自维也纳大学固体物理研究所的Jan Kuneš教授说。

描述此类超导体行为的理论模型已经存在。然而,问题是,为了使用这些模型,人们必须知道某些难以确定的材料参数。\”电荷转移能量起着关键作用,\”Jan Kuneš解释说。\”这个值告诉我们,要把一个电子从一个镍原子转移到一个氧原子,你必须向系统添加多少能量。\”

不幸的是,这个值不能直接测量,而理论计算又极其复杂和不精确。因此,Jan Kuneš研究小组的成员Atsushi Hariki开发了一种方法来间接确定这一参数。当用X射线检查材料时,其结果也取决于电荷转移能量。\”我们计算了对这个参数特别敏感的X射线光谱的细节,并将我们的结果与不同的X射线光谱方法的测量结果进行了比较,\”Jan Kuneš解释说。\”通过这种方式,我们可以确定适当的数值–而这个数值现在可以插入到用于描述该材料的超导性的计算模型中。\”

因此,现在第一次有可能精确地解释该材料的电子结构,并建立一个参数化的理论模型来描述镍酸盐的超导性。有了这个,现在可以从根本上解决如何在电子层面上解释该效应的力学问题。\”哪些轨道起到了决定性的作用?哪些参数在细节上很重要?这就是你需要知道的,如果你想找出如何进一步改进这种材料,以便有一天你可能能够生产出新的镍酸盐,其超导性甚至可以持续到更高的温度。\”

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