这个东西是磁悬浮列车的新希望

核心提示: 物理学家在非超导材料中实现了超导电性。

这是首次科学家在低温非超导材料中实现了超导电性——一种零电阻的电导率现象。

这项新技术印证了一个在20世纪七十年代已经被提出却至今从未被证实的概念。这项技术有望使得现存的低温超导体成本降低并在高温环境中更为高效,因此这项技术可以应用于核磁共振设备或磁悬浮列车中的低温超导体。

这个东西是磁悬浮列车的新希望

磁悬浮列车运行原理

“超导电性的应用很广泛,其中它最广为人知的应用大概是在核磁共振成像中,”来自休斯顿大学的研究带头人朱经武说道。

然而,如果超导材料的商业获利性更强,它们可能会彻底改变其他一系列的工业。低温超导体不仅仅能应用于超快速、无摩擦的交通系统,如磁悬浮列车和超级高铁,它们也能应用于电力网络,使其整体变得更有效率。

目前,我们使用的输电材料在把电力从发电厂输送到家庭的过程中会有高达10%的能源损耗。但低温超导体不会耗损任何的电力,因此公用事业公司能够在无需生产更多电力的情况下,把更多的能量提供给我们。

所有这些应用面临的障碍是商业低温超导体需要降温至约-269.1摄氏度,从而达到零电阻,这个过程将耗费极大的资金和能源。

尚在实验室接受检测的低温超导体中,即使是性能最好的超导体也还不能达到约-70摄氏度的温度。研究人员正努力达到那个更近于室温的临界温度(Tcs)。

数十年后,科学家想到了一个更好的方法去提升超导电性的温度——也就是找一个方法在非超导材料中产生超导电性。

这个想法是:如果研究人员能够找到把常规材料变得具有超导电性的方法,就相当于为制造在更高温下运行的超导材料打开了一扇新大门。

如今,休斯顿大学的团队已经迈出了第一步,他们在一种材料的两个阶段的交界处(人们熟知的临界面)引出了超导电性。

他们在一种非超导材料——砷化钙铁(CaFe2As2)中实现了超导电性。

这个东西是磁悬浮列车的新希望

“要达到提高后的临界温度,就要利用一种长期有效的、 利用人工或自然组合成的临界面,”研究人员写道。

“目前工作清晰地表明:通过反铁磁性/金属的层板堆积可以引出人们熟知的非超导复合物砷化钙铁中的高临界温度,这为达到复合物中被提高的临界温度提供了最直接的依据。”

那它是怎么起作用的呢?20世纪七十年代 ,科学家首次提出了这样一个概念: 从两种材料结合的界面上,可以引出甚至提高超导电性。

尽管很多研究团队企图证明这个概念是有用的,过去达到超导电性的实验都不能排除压力或化学掺杂对结果产生的影响。 因而那些影响至今才得到确认。

为了查证实际发生了什么,休斯顿研究人员在环境压力下对已使用过的无掺杂的砷化钙铁进行研究。

然后他们把材料加热到350摄氏度,以进行一种叫热处理的程序,进行了此项程序后,加热后的材料会缓慢变凉。

由于此过程中砷化钙铁的变凉进度不均衡,就会产生两种截然不同的阶段。

在这两个阶段中都不会产生超导电性,团队只有在这两个阶段共有的节点上才能检出超导电性,这证实了界面学说是真实存在的。

砷化钙铁在约25开尔文时达到了超导电性,即是约-248.15摄氏度,所以它还是不能广泛地应用与工业中。

下一步就是使用同样的程序去寻找提升现存的高温超导体在临界点的效能的方法。

在这项技术实现商业化前,我们还有很长的一段路要走。不过,目前这一步是迈向发展未来更廉价、更优质的超导材料的充满希望的一步。

本项研究已发表于《美国国家科学院院刊》上。

 

 
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关键词: 超导显现

   责任编辑:张曦
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