每根標(biāo)準(zhǔn)電纜,每根電線,每個(gè)電子設(shè)備都有一些電阻。然而,存在超導(dǎo)材料能夠以恰好零的電阻傳導(dǎo)電流 - 至少在非常低的溫度下。尋找在室溫下表現(xiàn)為超導(dǎo)體的材料將是具有令人難以置信的概念和技術(shù)重要性的科學(xué)突破。它可以帶來(lái)廣泛的新應(yīng)用,從懸浮列車(chē)到新的醫(yī)學(xué)成像技術(shù)。
尋找高溫超導(dǎo)體是非常困難的,因?yàn)樵S多與超導(dǎo)性有關(guān)的量子效應(yīng)還不是很清楚。TU Wien(維也納)固態(tài)物理教授NevenBariši教授正在用銅酸鹽進(jìn)行實(shí)驗(yàn),銅酸鹽是一種在環(huán)境壓力下記錄溫度高達(dá)140K的超導(dǎo)體材料。Bariši和他的同事們現(xiàn)在已經(jīng)提出了一系列非凡的結(jié)果和新的見(jiàn)解,可以深刻地改變我們對(duì)這些復(fù)雜材料和高溫超導(dǎo)性的總體思考方式。
尋求圣杯
“高溫超導(dǎo)現(xiàn)象已經(jīng)徹底研究了幾十年,但還沒(méi)有人解決這個(gè)問(wèn)題,”NevenBariši說(shuō)。“相當(dāng)少的材料顯示出在接近絕對(duì)零度的溫度下的超導(dǎo)行為,我們理解為什么會(huì)發(fā)生這種情況。但真正的挑戰(zhàn)是了解銅酸鹽中的超導(dǎo)性,這種狀態(tài)在更高的溫度下持續(xù)存在。作為室溫下的超導(dǎo)體將成為固態(tài)物理學(xué)的圣杯 - 而且我們?cè)絹?lái)越近了。
Bariši和他的同事已經(jīng)證明,銅酸鹽中存在兩種根本不同的電荷載體,并且表明超導(dǎo)性在很大程度上取決于它們之間的微妙相互作用。
一些電荷是局部的 - 這些電荷載體中的每一個(gè)都位于特定的原子組中,并且只有在材料被加熱時(shí)才能移開(kāi)。其他電荷載體可以移動(dòng),從一個(gè)原子跳到另一個(gè)原子。移動(dòng)電荷最終變成超導(dǎo)體,但超導(dǎo)性只能通過(guò)考慮固定電荷載體來(lái)解釋。
“移動(dòng)和固定電荷載體之間存在相互作用,它們控制著系統(tǒng)的性質(zhì),”Bariši說(shuō)。“顯然,固定電荷充當(dāng)粘合劑,將成對(duì)的移動(dòng)電荷載體結(jié)合在一起,形成所謂的Cooper對(duì),這是經(jīng)典超導(dǎo)體背后的基本思想。一旦配對(duì),電荷載體就會(huì)變成超導(dǎo)體并且材料可以傳輸電流零阻力。“
這意味著為了獲得超導(dǎo)性,移動(dòng)和固定電荷載體必須有微妙的平衡。如果局部電荷載體太少,則沒(méi)有足夠的“粘合劑”來(lái)??配對(duì)移動(dòng)電荷載體。另一方面,如果移動(dòng)電荷載體太少,那么“粘合劑”就沒(méi)有配對(duì)。在任何一種情況下,超導(dǎo)性都會(huì)被削弱或完全停止。在最佳中間地面,超導(dǎo)性在非常高的溫度下持續(xù)存在。很難理解移動(dòng)和固定電荷之間的平衡是以溫度或興奮劑的形式逐漸改變的。
“我們用銅酸鹽進(jìn)行了許多不同的實(shí)驗(yàn),收集了大量的數(shù)據(jù)。最后,我們現(xiàn)在可以提出一個(gè)關(guān)于銅酸鹽超導(dǎo)性的全面的現(xiàn)象學(xué)圖片,”Neven Barisic說(shuō)。他最近在幾個(gè)期刊上發(fā)表了他的研究結(jié)果 - 最近的一篇是科學(xué)進(jìn)展 - 這表明超導(dǎo)性也是逐漸出現(xiàn)的。這是朝著理解銅酸鹽的目標(biāo)邁出的重要一步,并提供了尋找新的,甚至更好的超導(dǎo)體的方法。
如果能夠制造即使在室溫下仍保持超導(dǎo)體的材料,這將對(duì)技術(shù)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響??梢詷?gòu)建幾乎不使用任何能量的電子設(shè)備??梢允褂脴O強(qiáng)的超導(dǎo)磁體構(gòu)建懸浮列車(chē),從而可以實(shí)現(xiàn)廉價(jià),超快的運(yùn)輸。“我們還沒(méi)有接近這個(gè)目標(biāo),”Neven Barisic說(shuō)。“但對(duì)高溫超導(dǎo)性的深刻理解將為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)鋪平道路。而且,我相信,我們現(xiàn)在已朝這個(gè)方向采取了幾個(gè)重要步驟。”