超导性-这是氢的错

时间:2020-06-16 17:44 来源:seo 作者:小可爱科技知识网 点击量:

超导性-这是氢的错

去年夏天,人们宣布了高温超导的新时代——镍时代。人们发现,在一种叫做镍酸盐的特殊材料中存在着有前途的超导体,这种材料即使在高温下也能无电阻地导电。

然而,很快我们就发现,斯坦福大学的这些最初惊人的研究成果是其他研究小组无法复制的。维也纳大学现在找到了这一现象的原因:在一些镍酸盐中,更多的氢原子被纳入到材料结构中。这完全改变了材料的电特性。在生产新的超导体时,现在必须考虑这种效应。

寻找高温超导体

有些材料只在接近绝对温度零度时才具有超导性,这样的超导体不适用于技术应用。因此,几十年来,人们一直在寻找即使在高温下也能保持超导性的材料。20世纪80年代,“高温超导体”被发现。然而,在这种情况下被称为“高温”的东西仍然是非常冷的:即使是高温超导体,也必须经过强烈冷却才能获得其超导性能。因此,在更高温度下寻找新的超导体的工作仍在继续。

“长期以来,人们特别注意所谓的铜酸盐,即含有铜的化合物。这就是为什么我们也谈论铜时代”,德国维也纳大学固体物理研究所的卡斯滕·赫尔德教授解释道。“尽管今天高温超导理论仍有许多悬而未决的问题,但这些铜化合物已经取得了一些重要进展。”

但一段时间以来,其他可能性也在考虑之中。当时已经出现了一个基于含铁超导体的所谓“铁器时代”。2019年夏天,来自斯坦福大学的Harold Y. Hwang的研究小组成功地证明了镍的高温超导性。“根据我们的计算,10年前我们就已经提出用镍作为超导体,但它们与现在发现的有些不同。它们与铜酸盐有关,但含有镍原子,而不是铜原子,”卡斯滕?赫尔德表示。

氢的问题

然而,在最初的一些热情之后,近几个月来的情况变得越来越明显,即镍态超导体的生产比最初想象的要困难得多。其他研究小组报告说,他们的镍没有超导特性。这一明显的矛盾现在已经在维也纳得到了澄清。

“我们在超级计算机的帮助下分析了这些镍酸盐,发现它们非常容易吸收氢,”维也纳理工大学的梁思(音)报告说。在合成某些镍酸盐时,可以加入氢原子,从而彻底改变材料的电子性质。“然而,这并不是发生在所有的镍酸盐上,”梁思说,“我们的计算表明,对大多数镍酸盐来说,吸收氢在能量上更有利,但对来自斯坦福的镍酸盐来说不是这样。”即使是合成条件的微小变化也会产生影响。”上周五,新加坡国立大学阿丽亚多?阿丽亚多周围的研究小组可能报告称,他们也成功地生产出了超导镍酸盐。他们让生产过程中释放的氢立即逸出。

用超级计算机计算临界温度

正在开发新的计算机计算方法,用于了解和预测镍酸盐的性质。“由于大量到了量子物理粒子总是扮演一个角色在同一时间,计算非常复杂,“梁Si表示,“但是通过结合不同的方法,我们现在甚至能够估计临界温度的各种材料超导。这种可靠的计算以前是不可能的。特别是,维也纳大学的研究小组能够计算出镍酸盐超导时锶浓度的允许范围,而这一预测现在已在实验中得到证实。

“高温超导是一个极其复杂和困难的研究领域,”卡斯滕·赫尔德说。“新的镍金属超导体,连同我们对理论的理解和计算机计算的预测能力,为固体物理学的伟大梦想打开了一个全新的视角:环境温度下的超导体,因此可以在没有任何冷却的情况下工作。”

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