室溫超導(dǎo)體又稱常溫超導(dǎo)體，其實(shí)不論高溫、室溫或低溫，只要盡量將化合物中的各種粒子給處于穩(wěn)定一點(diǎn)的狀態(tài)，并令(其中各種粒子的)自旋方向一致，自旋速度一致，下面小編為大家?guī)?lái)常溫超導(dǎo)體究竟是啥物質(zhì)，希望對(duì)您有所幫助!
要了解“室溫超導(dǎo)”，首先我們要知道什么是“超導(dǎo)”?！俺瑢?dǎo)”是一種特殊的物理現(xiàn)象，指的是某些物質(zhì)在低溫或高壓的情況下表現(xiàn)出“電阻為零”的性質(zhì)，這種物質(zhì)被稱為“超導(dǎo)體”。
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，“超導(dǎo)”就是在特定條件下電阻為零的現(xiàn)象。而“室溫常壓超導(dǎo)”，就是在不需要特殊條件的情況下，就能實(shí)現(xiàn)零電阻、抗磁性的現(xiàn)象。
這種技術(shù)一旦實(shí)現(xiàn)，對(duì)我們的生活意味著什么?首先，在能源方面，原本電力的傳輸會(huì)產(chǎn)生消耗，且隨著距離的增加，消耗會(huì)越大。而“室溫超導(dǎo)”零電阻的特性，或?qū)?shí)現(xiàn)超長(zhǎng)距離無(wú)損耗輸電，產(chǎn)能和利用效率將會(huì)大大提升。
其次，在交通方面，無(wú)損的電力傳輸和高效的能源存儲(chǔ)，或使新能源汽車實(shí)現(xiàn)充電五分鐘行駛兩千公里，磁懸浮列車或成為日常，未來(lái)將直接改變?nèi)藗兊慕煌ǚ绞健?/p>
最后，在信息處理方面，芯片將無(wú)需再顧及發(fā)熱問(wèn)題，手機(jī)也能擁有小型超算能力，算力的瓶頸將被突破，人工智能和數(shù)字技術(shù)將迎來(lái)爆發(fā)式發(fā)展。
可以說(shuō)，“室溫超導(dǎo)”帶來(lái)的無(wú)損世界猶如科幻電影，無(wú)疑將開(kāi)啟第四次工業(yè)革命。然而，韓國(guó)研究團(tuán)隊(duì)是否真的找到了物理學(xué)的“圣杯”?
韓國(guó)團(tuán)隊(duì)要求撤回論文
此次“室溫超導(dǎo)”事件可以說(shuō)充滿了戲劇性。在7月22日韓國(guó)團(tuán)隊(duì)發(fā)布首次實(shí)現(xiàn)“室溫超導(dǎo)”后，學(xué)術(shù)界首先是充滿質(zhì)疑的，其原因在于，韓國(guó)團(tuán)隊(duì)公布的超導(dǎo)體制備過(guò)程極其簡(jiǎn)單，堪比古代煉金術(shù)，將一堆粉末材料扔進(jìn)爐子里燒制，燒完便能出現(xiàn)超導(dǎo)體材料“LK-99”，其流程簡(jiǎn)單到在普通的高中實(shí)驗(yàn)室內(nèi)即可完成。
其次，韓國(guó)團(tuán)隊(duì)僅描述了制備流程，并沒(méi)有拿出可供檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)樣品。因此，全世界在最初都處于觀望狀態(tài)。
然而，8月1日“劇情”出現(xiàn)反轉(zhuǎn)，中美俄的實(shí)驗(yàn)室同時(shí)復(fù)現(xiàn)了該材料。美國(guó)方面，美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室宣布，在超級(jí)計(jì)算機(jī)的模擬下，其結(jié)果支持韓國(guó)發(fā)布的“LK-99”作為室溫超導(dǎo)體材料。
俄羅斯方面，俄羅斯科學(xué)家Iris Alexandra在社交媒體推特表示，他成功制備出了具備常溫抗磁性的“LK-99”晶體，而常溫抗磁性正是超導(dǎo)體的特性之一。
中國(guó)方面，一個(gè)ID為“關(guān)山口男子技師”的B站up主，發(fā)布了一則名為“LK-99驗(yàn)證”的視頻。視頻中的實(shí)驗(yàn)復(fù)現(xiàn)了韓國(guó)公布的常溫常壓超導(dǎo)材料的抗磁性，也就是被復(fù)現(xiàn)的材料確實(shí)可以磁懸浮。這一實(shí)驗(yàn)視頻背后的團(tuán)隊(duì)是華中科技大學(xué)材料學(xué)院博士后武浩、博士生楊麗，該實(shí)驗(yàn)在常海欣教授的指導(dǎo)下完成。
就在中美俄實(shí)驗(yàn)室同日復(fù)現(xiàn)該材料的第二天，8月2日，韓國(guó)室溫超導(dǎo)團(tuán)隊(duì)對(duì)外宣稱，其論文存在缺陷，系團(tuán)隊(duì)中的一名成員擅自發(fā)布，目前團(tuán)隊(duì)已要求下架論文。
機(jī)理解釋
一個(gè)由德國(guó)馬克斯普朗克物質(zhì)結(jié)構(gòu)與動(dòng)力學(xué)研究所參與的國(guó)際小組，2014年12月4日在《自然》雜志上報(bào)道了他們的此項(xiàng)工作。研究組相信這一現(xiàn)象背后的原理是：激光脈沖導(dǎo)致晶體晶格中的單個(gè)原子發(fā)生短暫變動(dòng)，從而導(dǎo)致超導(dǎo)性的產(chǎn)生。這項(xiàng)成果將有望幫助現(xiàn)有低溫超導(dǎo)材料實(shí)現(xiàn)在高得多的溫度條件下實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)性，因此擁有廣泛應(yīng)用前景。
目前已知的超導(dǎo)材料都需要在低溫環(huán)境下才能表現(xiàn)出零電阻特性。這些低溫超導(dǎo)材料的臨界轉(zhuǎn)變溫度 (Tc) 一般都低于77K(液氮沸點(diǎn))，甚至低于4.2K(液氦沸點(diǎn))。
因此，低溫超導(dǎo)材料的應(yīng)用受到了制冷成本和技術(shù)難度的限制。如果能夠發(fā)現(xiàn)或制造出在常溫下就具有零電阻特性的材料，那么就可以大幅降低制冷需求，擴(kuò)大超導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用范圍和市場(chǎng)規(guī)模。 這種在常溫下就表現(xiàn)出零電阻特性的材料被稱為常溫超導(dǎo)體。常溫指在室溫或接近室溫下(約20℃-30℃)。 常溫超導(dǎo)體如果存在并被成功開(kāi)發(fā)利用，將會(huì)對(duì)人類社會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)而革命性的影響。
例如： - 常溫超導(dǎo)線路可以實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)無(wú)損耗地傳輸清潔能源(如太陽(yáng)能、風(fēng)能等)，解決能源危機(jī)和氣候變化問(wèn)題;
風(fēng)電機(jī)
- 常溫超導(dǎo)計(jì)算機(jī)可以突破摩爾定律的限制，實(shí)現(xiàn)極高速度和極低功耗的信息處理;
- 常溫超導(dǎo)磁懸浮列車可以達(dá)到音速以上的運(yùn)行速度，縮短人們出行時(shí)間。
磁懸浮列車
現(xiàn)在盛傳的 常溫超導(dǎo)體的可行性如何?它是否可信? 常溫超導(dǎo)體的存在與否一直是物理學(xué)界的一個(gè)夢(mèng)想和挑戰(zhàn)。雖然目前還沒(méi)有理論能夠完全解釋超導(dǎo)現(xiàn)象的本質(zhì)，但有許多實(shí)驗(yàn)和觀測(cè)表明，超導(dǎo)材料的臨界轉(zhuǎn)變溫度受到其結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分、外部壓力等因素的影響。
因此，科學(xué)家們一直在嘗試通過(guò)改變材料的組成和條件來(lái)提高其臨界轉(zhuǎn)變溫度，以期望接近或達(dá)到常溫。 目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一些高溫超導(dǎo)材料，如銅氧化物、鐵基化合物、鎳氧化物等，它們的臨界轉(zhuǎn)變溫度都高于77K(液氮沸點(diǎn))，甚至有些可以達(dá)到150K左右 。
然而，在2020年10月14日，《自然》雜志上發(fā)表了一篇具有里程碑意義的論文，宣布了一個(gè)令人震驚的消息：美國(guó)羅切斯特大學(xué)和內(nèi)華達(dá)大學(xué)拉斯維加斯分校的研究團(tuán)隊(duì)，在實(shí)驗(yàn)室中成功制造出了第一個(gè)在常溫下表現(xiàn)出零電阻特性的材料! 這個(gè)材料是由碳、硫和氫組成的混合物，在267.15K(21℃)時(shí)具有零電阻特性。這是迄今為止最高的臨界轉(zhuǎn)變溫度，比之前最高記錄提高了近120K!這項(xiàng)研究被認(rèn)為是超導(dǎo)領(lǐng)域最重要和最具革命性的突破之一。
超導(dǎo)電器：利用常溫超導(dǎo)體制作的電路、晶體管、集成電路等電子元件，可以大幅提高電子設(shè)備的性能、效率和穩(wěn)定性，同時(shí)降低散熱、噪音和能耗。例如，超導(dǎo)計(jì)算機(jī)可以比普通計(jì)算機(jī)快上幾十倍甚至幾百倍;超導(dǎo)電池可以比普通電池存儲(chǔ)更多的電能;超導(dǎo)顯示器可以比普通顯示器更清晰、更節(jié)能。
超導(dǎo)輸電：利用常溫超導(dǎo)體制作的電線、變壓器、開(kāi)關(guān)等輸電設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)損耗的遠(yuǎn)距離電能輸送，同時(shí)降低線路阻抗、提高輸電容量和安全性。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全球每年因?yàn)檩旊娋€路損耗而浪費(fèi)的電能約占總發(fā)電量的15%，如果使用常溫超導(dǎo)輸電技術(shù)，可以節(jié)省大量的能源和成本。
超導(dǎo)發(fā)電：利用常溫超導(dǎo)體制作的發(fā)電機(jī)、磁流體發(fā)電機(jī)等發(fā)電設(shè)備，可以提高發(fā)電效率、降低發(fā)電成本和污染。例如，利用常溫超導(dǎo)磁體作為“磁封閉體”，可以實(shí)現(xiàn)可控核聚變反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)和運(yùn)行，從而解決人類長(zhǎng)期面臨的能源危機(jī)。
超導(dǎo)醫(yī)療：利用常溫超導(dǎo)體制作的核磁共振儀、腦波儀、心臟起搏器等醫(yī)療設(shè)備，可以提高醫(yī)療診斷和治療的精度、效果和安全性。例如，利用常溫超導(dǎo)核磁共振儀，可以對(duì)人體內(nèi)部進(jìn)行高分辨率、無(wú)創(chuàng)傷、無(wú)輻射的成像檢查;利用常溫超導(dǎo)心臟起搏器，可以對(duì)心臟病患者進(jìn)行持久、穩(wěn)定、無(wú)干擾的心律調(diào)節(jié)。
超導(dǎo)交通：利用常溫超導(dǎo)體制作的磁懸浮列車、汽車、飛機(jī)等交通工具，可以實(shí)現(xiàn)高速、低噪、低耗、低污染的運(yùn)輸方式。例如，利用常溫超導(dǎo)磁懸浮列車，可以在沒(méi)有軌道和摩擦的情況下，以超過(guò)音速的速度行駛;利用常溫超導(dǎo)磁懸浮汽車，可以在沒(méi)有輪胎和地面接觸的情況下，以更高的效率和安全性行駛;利用常溫超導(dǎo)磁懸浮飛機(jī)，可以在沒(méi)有渦輪和推進(jìn)器的情況下，以更高的高度和速度飛行。
超導(dǎo)科學(xué)：利用常溫超導(dǎo)體制作的粒子加速器、量子計(jì)算機(jī)、重力波探測(cè)器等科學(xué)儀器，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)自然界更深入、更精確、更廣闊的探索和認(rèn)識(shí)。例如，利用常溫超導(dǎo)粒子加速器，可以對(duì)基本粒子和基本相互作用進(jìn)行更高能量和更高精度的實(shí)驗(yàn);利用常溫超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)，可以對(duì)復(fù)雜的計(jì)算問(wèn)題進(jìn)行更快速和更有效的求解;利用常溫超導(dǎo)重力波探測(cè)器，可以對(duì)宇宙中的極端事件進(jìn)行更靈敏和更清晰的觀測(cè)。