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[猎奇]人类之光!中国科学家发现全新高温超导,40年未解,究竟有何用 [15P] [复制链接]

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只看楼主 倒序阅读 使用道具 楼主  发表于: 2023-09-09
— 本帖被 xgch 执行加亮操作(2023-09-09) —

不得不说,当中外发明每次被爆有巨大进展的时候,反差也太大了!

近日,国外权威杂志《自然》(Nature)刊登了我国最新的一项科学成果:中国科学家首次发现了液氮温区镍氧化物超导体。



但是超乎意外的是,不少网友不仅没有感叹这一突破性发现被我国的科学家发现,反而是质疑它,表示就算发现了,那也只是停留在理论层面。





而回想今年3月份的时候,当时类似的事情发生在国外,美国罗切斯特大学的迪亚斯团队在《自然》上发表了一篇室温超导体文章:由氢、氮、镥三种元素组成的三元相在大约1万个大气压下可以实现21℃的温室超导电性。一经传开后,一下子就掀起了网友们刷屏式的称赞,更是将它标榜为能改变世界、引起第四次工业革命。



那么,现在我国的科学家发现了又一高温超导材料,怎么就都没声音了?口说无凭,不妨和魔方一起来看看,最新的这一发现究竟具体情况如何,究竟有什么实用?



人类之光!我国科学家发现全新高温超导材料

北京时间12日晚上,著名的科学期刊《自然》杂志上正式刊登了我国科学家,来自中山大学物理学院王猛教授团队在高温超导材料的最新科学成果:首次发现液氮温区镍氧化物超导体——La3Ni2O7。



这一全新的高温超导体是目前人类发现的,继1986年铜氧化物高温超导体后,第二种液氮温区非常规超导材料。此同时,它也是中国科学家在全球率先发现的全新高温超导体系。按照这一材料性质,我国科学家发现它属于一种镍氧化物的单晶,能够在14GPa压力下出现80K左右的超导电性。

La3Ni2O7 高压下的超导电性与结构相图



据王猛教授所展示的,虽然肉眼看着它只是一根“朴实无华”的料棒,但是却凝聚了团队多年心血。据介绍,光是摸索它的生长条件就花了两年多时间,最后专家发现,La3Ni2O7的平均价态仅为2.5价,偏离Ni的稳定的稳定价态正2价,氧压范围窄,以至于其生长条件太过苛刻了,在科学界近40年的研究中镍基氧化物超导电性此前都并未有突破性进展。



不过幸运的是,经过反复试验最终研究团队确定了其在压力下转为超导体,超导转变温度达到液氮温区,高达80K(开尔文)。超导应用都知道未来潜力巨大,这才是妥妥的人类之光啊!

液氮温区镍氧化物超导体究竟有多牛?真的仅停留理论层面?

说起超导很多人都觉得很玄幻,但其实它距离我们的生活并不遥远。很多人都好奇,我国最新发现的液氮温区镍氧化物究竟有什么独特优势,毕竟此前美国科学团队才刚发现的室温超导,似乎从明面上来看室温超导要更加先进一些,更具实用性一些。但事实真的如此吗?魔方看来,显然不是!

La3Ni2O7 单晶样品高压下的电阻、抗磁性及超导上临界磁场拟合



首先,从超导的机理来说。1911年的时候昂内斯改进了制冷设备,从而意外发现汞的电阻会在4.2K时突降为0,经再三确认汞成为了人类发现的第一个超导体,从此打开超导的大门。而按照超导体的Tc值是否超过40K,除了此前发现的低于20K的超导体,专家逐渐发现还有一类如铜基超导和铁基超导的超导体,于是它们被称为高温超导体。

超导体有很多,按照不同的分类方法也可以有很多方式,但从本质上来说,其实美国的室温超导和我国的高温超导都属超导体。而相较之下,一个是要在1万个大气压下实现,一个则是在14GPa压力下实现,两者相比似乎我国科学家的研究才更胜一筹。

La3Ni2O7 单晶样品常压下的电阻、磁化率、比热及磁化强度随磁场变化关系



其次,从我国最新发现的液氮温区镍氧化物超导体实证角度来说,其实也更具科学性。在1986年发现铜氧化物超导后,国内外很多科学家就都在尝试价如何将超导温度提升到液氮温区,也就是达到77开尔文,即零下196℃的条件,由于液氮的廉价和易得,也确实推动了铜氧化物高温超导的现实应用。

La3Ni2O7 高压下的同步辐射测量及结构分析



紧接着,2008年的时候,日本科学家又在铁砷基材料中发现了超导现象,它的临界温度超过40K,但尽管已经块材超导温度提高到55K,但终究还是没有进入液氮温区。

同样地,2019年美国斯坦福大学团队发现的在Nd0.8Sr0.2NiO2薄膜材料中能实现镍离子接近+1价,而电子排布则和+2价铜离子相近。但是实验证明仅仅能实现20K以下的超导性,而压力调控下则从未超过40K,这意味着它也未进入液氮温区。



如此多的实验研究都未成功,这近40年来一直都没有突破,而中国科学家恰好就发现了这一高温超导材料,自然无论从验证其性质层面,还是从实证层面都更具说服力。



最后,从部分网友质疑的“不具备实用性”角度来说。确实,目前铜氧化物材料的高温超导性质更稳定,也更能在实际工业生产中运用。但是镍氧化物完全超出传统预期,它和铜氧化物完全不同却拥有相似的超导性,若是能以此确定高温超导的关键因素推动高温超导机理的破解,那么未来也就能利用计算机、AI技术等发现更多高温超导材料,从而推动更广泛的实际应用。



况且,目前既然已经发现了该材料的超导机理,那么只需要假以时日进行更深入的研究攻关,那么无论是研究出常压下达到液氮温区超导的镍氧化物超导体,还是对于实际工业生产应用其实都会有突破性的进步。试问,这样造福全人类的贡献,还能说它只是停留表面吗?

总结

总而言之,此次新发现的镍氧化物La3Ni2O7高温超导确实十分牛掰,这在物理学史上也是一重大突破!



高温超导作为一种以临界温度划分的超导体,具备完全导电性、完全抗磁性以及通量电子化,在我们的生活中有很多实用之处!就比如:今年4月时候我国自主研制成功的高温超导电动悬浮全要素实验系统,直接让电动悬浮时速可达600公里以上,甚至加上真空管后时速可达1000-2000公里。

加上真空管之后



科学就是这样神奇,很多时候也需要努力和运气的相互配合。未来若能用在人类其他生产生活层面,想必未来生活的先进程度不可想象,期待由中国科学家创造的超导新世界早日出现。你们觉得呢?

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xgch 金币 +35 辛苦了,感谢您无私奉献的精神! 2023-09-09
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