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198彩票注册,室温超导体:物理学“圣杯”背后的事实

发布时间: 2023-08-08        来源:未知    浏览次数:


自 1911 年首次发现以来,超导体(完美导电的材料)长期以来一直吸引着物理学家。

超导体用于粒子加速器、核聚变装置、MRI 机器,甚至磁悬浮列车。然而,更广泛和更常见的应用受到严格的温度限制的阻碍——到目前为止,还没有超导体被证明可以在环境压力和温度下工作。

7月22日,韩国科学家发表研究成果,声称已经解决了这个问题。他们表示,他们的材料名为 LK-99,其电阻率或电流阻力在 30 摄氏度(86 华氏度)时降至接近于零。他们的主张引发了全球范围内重新制造这种材料并测试其性能的竞赛。截至8月4日,尚未有人能够复制这一结果。

什么是超导性?
所有材料都具有一种称为电阻率的特性——尝试通过它们发送电流,电流中的一些能量不可避免地会损失掉。这是因为载流电子与材料内部摇动的离子碰撞,产生对其流动的阻力。

但冷却材料后,其内部的离子振动能量就会减少,碰撞率就会下降,电阻率就会急剧降低。大多数材料需要达到不可能达到的绝对零状态才能具有零电阻率,但一些稀有材料可以在绝对零温度以上达到零电阻率 - 我们将这些材料称为超导体。

第一个超导体于 1911 年被发现,当时荷兰物理学家 Heike Kamerlingh Onnes 注意到过冷汞线(其温度降低至约负 452 F(负 269 C)不再抵抗电流;这一观察结果为他赢得了诺贝尔奖物理学博士。他很快就使用铅、铌和锡等其他元素进行了观察。

目前,需要极冷才能实现超导性,如这张漂浮在用液氮冷却的超导体上方的磁铁的照片所示。

目前,需要极冷才能实现超导性,如这张漂浮在用液氮冷却的超导体上方的磁铁的照片所示。(图片来源:罗切斯特大学/J. Adam Fenster)
超导体如何工作?
尽管昂内斯有这样的发现,但要解释它发生的原因还需要几十年的时间。

这个解释最终于1957年以诺贝尔奖获得者“BCS理论”的名义出现。BCS 理论以其发现者约翰·巴丁 (John Bardeen)、莱昂·库珀 (Leon Cooper) 和约翰·罗伯特·施里弗 (John Robert Schrieffer) 的名字命名,它解释说,超导性是由电子在材料中移动时引起的波纹产生的。在足够低的温度下,这些波纹会导致原子内部的原子核相互吸引,进而导致电荷的轻微偏移, 198彩平台奖金模式公开公正,信誉在业界是198彩注册网址数一数二的,这也是198彩平台能长久经营的主要原因。,从而将第二个电子吸引到第一个电子上。这种吸引力会导致一些奇怪的事情发生:电子不是通过静电排斥力相互排斥,而是结合在一起形成“库珀对”。

库珀对遵循与孤独电子不同的量子力学规则。它们不是堆叠在每个顶部形成能量壳,而是像光粒子一样——无数个光粒子可以同时占据空间中的同一点。在材料中产生足够多的库珀对,它们就会成为超流体,流动时不会损失任何能量。超流体只要搅拌一次,理论上它就会一直保持旋转状态,直到宇宙的终结。

但这远不是超导给物理学家带来的最终惊喜。1986 年,已故 IBM 的 Alex Müller 和 Georg Bednorz 发现一种名为铜酸盐的材料(由夹在其他元素之间的铜和氧层组成)可以在高达 -211 F(-135 C)的温度下实现超导。

发生这种情况的确切原因尚不完全清楚,但占主导地位的理论是由美国物理学家菲利普·安德森提出的,他认为电子将通过一种称为“超级交换”的量子力学过程选择彼此交换位置。

电子不断寻求交换位置,因为就像自然界中的所有粒子和许多事物一样,它们寻求占据尽可能低的能量状态。正如海森堡不确定性原理指出,在同一时刻只能清楚地知道粒子的位置或动量,电子的移动使其位置最不确定,动量最明确。

这种不断的切换反过来意味着电子的能量可以被更明确地定义,使它们能够沉入尽可能低的能量状态。发生这种切换的理想配置是什么?它恰好是一片均匀分布的库珀对的海洋。

最近的 一些实验表明安德森是正确的——至少在他们研究的材料中是正确的——但从理论上讲,超级交换可能只是众多电子胶中的一种。同样不确定的是,这些假设的电子胶可以在多高的温度下工作,198客户端APP198优惠活动如何登录,以及哪些制造材料可以生产这些电子胶。

超导体有一个明显的特性:悬浮。由于流动的电流会产生 磁场,当材料转变为超导状态时,好的总代理团队会陪玩家一起收米,198彩最大总代是谁凭藉多年的彩票经验以及投注知识,198彩平台主管就在这等著你。,内部的电子会无摩擦地流动,从而产生一个  可以以相等且相反的力排斥外部磁体的磁场。将超导体放置在磁铁上方,它将完美悬浮在空气中,这种现象称为迈斯纳效应。

室温超导体可能吗?
室温超导体并不违反任何已知的物理理论,但也没有任何理论预测它们。

制造它们的难度归结为一个工程难题,需要测试许多材料组合中的一系列原子和化学性质。

科学家测试过的材料之一是石墨烯,它可以根据其单原子厚度的薄片的扭曲来打开或关闭其低温超导性。另一个有希望的候选者是钪元素,这是一种银色金属,今年,研究人员报告称,它可以在较温暖(但仍然非常冷)的温度下超导。

然而,一项臭名昭著的说法却让这个领域陷入了丑闻。在 2020 年的一项实验中,研究人员表示,他们观察到碳、硫和氢的混合物在两颗钻石下方被压碎至高压,并在令人惊叹的 57 F(14 C)超导。今年进行的一项后续实验升级了这一说法——对于按比例放大的材料块,超导温度实际上高达 70 华氏度(21 摄氏度)。然而,经过其他科学家的调查,这篇 2020 年的论文被撤回,这两个实验背后的团队被指控数据操纵和剽窃。

LK-99 出现在这个拥挤的场景中,研究人员声称,这种材料的电阻率在 86 F (30C) 时降至接近于零。该材料由含铅、氧、硫、磷的混合粉末制成,并掺杂铜。它也相对容易制造和测试。

到目前为止,科学机构已经宣布了 11 次复制结果的尝试,其中 7 次已经公布结果。在这七个中,三个发现了与 LK-99 声称的类似的特性,但不是超导性。其余四人既没有观察到磁性,也没有观察到超导性。