超导体 阻力是徒劳的

每根标准电缆,每根电线,每个电子设备都有一些电阻。然而,存在超导材料能够以恰好零的电阻传导电流 - 至少在非常低的温度下。寻找在室温下表现为超导体的材料将是具有令人难以置信的概念和技术重要性的科学突破。它可以带来广泛的新应用,从悬浮列车到新的医学成像技术。

寻找高温超导体是非常困难的,因为许多与超导性有关的量子效应还不是很清楚。TU Wien(维也纳)固态物理教授NevenBariši教授正在用铜酸盐进行实验,铜酸盐是一种在环境压力下记录温度高达140K的超导体材料。Bariši和他的同事们现在已经提出了一系列非凡的结果和新的见解,可以深刻地改变我们对这些复杂材料和高温超导性的总体思考方式。

寻求圣杯

“高温超导现象已经彻底研究了几十年,但还没有人解决这个问题,”NevenBariši说。“相当少的材料显示出在接近绝对零度的温度下的超导行为,我们理解为什么会发生这种情况。但真正的挑战是了解铜酸盐中的超导性,这种状态在更高的温度下持续存在。作为室温下的超导体将成为固态物理学的圣杯 - 而且我们越来越近了。

Bariši和他的同事已经证明,铜酸盐中存在两种根本不同的电荷载体,并且表明超导性在很大程度上取决于它们之间的微妙相互作用。

一些电荷是局部的 - 这些电荷载体中的每一个都位于特定的原子组中,并且只有在材料被加热时才能移开。其他电荷载体可以移动,从一个原子跳到另一个原子。移动电荷最终变成超导体,但超导性只能通过考虑固定电荷载体来解释。

“移动和固定电荷载体之间存在相互作用,它们控制着系统的性质,”Bariši说。“显然,固定电荷充当粘合剂,将成对的移动电荷载体结合在一起,形成所谓的Cooper对,这是经典超导体背后的基本思想。一旦配对,电荷载体就会变成超导体并且材料可以传输电流零阻力。“

这意味着为了获得超导性,移动和固定电荷载体必须有微妙的平衡。如果局部电荷载体太少,则没有足够的“粘合剂”来​​配对移动电荷载体。另一方面,如果移动电荷载体太少,那么“粘合剂”就没有配对。在任何一种情况下,超导性都会被削弱或完全停止。在最佳中间地面,超导性在非常高的温度下持续存在。很难理解移动和固定电荷之间的平衡是以温度或兴奋剂的形式逐渐改变的。

“我们用铜酸盐进行了许多不同的实验,收集了大量的数据。最后,我们现在可以提出一个关于铜酸盐超导性的全面的现象学图片,”Neven Barisic说。他最近在几个期刊上发表了他的研究结果 - 最近的一篇是科学进展- 这表明超导性也是逐渐出现的。这是朝着理解铜酸盐的目标迈出的重要一步,并提供了寻找新的,甚至更好的超导体的方法。

如果能够制造即使在室温下仍保持超导体的材料,这将对技术产生深远的影响。可以构建几乎不使用任何能量的电子设备。可以使用极强的超导磁体构建悬浮列车,从而可以实现廉价,超快的运输。“我们还没有接近这个目标,”Neven Barisic说。“但对高温超导性的深刻理解将为实现这一目标铺平道路。而且,我相信,我们现在已朝这个方向采取了几个重要步骤。”