自1911年第一次发现以来,超导体—完美地导致电力&mdash的材料;长期以来诱人和诱人的物理学家。
超导体用于粒子加速器 , 核融合 设备,MRI机器,甚至是Maglev火车。然而 ,更广泛,更常见的应用受到禁止温度限制的阻碍 。到目前为止,尚未证明没有超过导体在环境压力和温度下起作用。
7月22日 ,韩国的科学家 已发表的研究声称解决了这个问题。他们说,他们的材料称为LK-99,具有对电流流动的电阻率或电阻 ,在30摄氏度(86华氏度)下降至接近零 。他们的主张引发了一场全球竞赛,以重新创建材料并测试其财产。截至8月4日,还没有人能够复制结果。
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所有材料都具有称为电阻率&mdash的特性;尝试通过它们发送电流,而电流中的某些能量不可避免地会丢失。这是因为电流携带的电子与材料内部摇摆的离子相撞,从而产生了对其流动的对立。
但是冷却材料,使其内部的离子具有较小的振动能量 ,并且碰撞速率下降,从而大大降低了电阻率 。大多数材料都需要达到绝对零的不可能到达的状态才能具有零电阻率,但是一些稀有材料的电阻率可以在绝对零温度及MDASH上获得零电阻率。我们称这些材料超导体。
荷兰物理学家Heike Kamerlingh Onnes在1911年发现了第一个超导体 。
尽管Onnes&rsquo of Discovery解释了为什么会发生数十年。
解释最终以诺贝尔奖获得“ 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 ,他解释说,超导性来自于电子在材料中移动时引起的涟漪 。在足够低的温度下,这些涟漪会导致原子内部原子核彼此吸引 ,进而导致电荷略有偏移,从而吸引第二个电子到第一个电子。这种吸引力的力量会导致发生奇怪的事情:电子不是通过静电排斥力互相排斥,而是将它们束缚在一起 ,成为“库珀对”。
库珀对遵循与寂寞电子的不同量子机械规则 。它们没有像光&mdash的颗粒一样堆放在每个顶部以形成能壳。无限数量可以同时占据相同的空间点。在整个材料中创建足够的这些库珀对,它们变成了超流体,流动而不会损失能量 。一次搅拌一次超氟,从理论上讲 ,它将保持旋转,直到宇宙的尽头。
但这与物理学家的最终惊喜超导性相去甚远。1986年,IBM的已故亚历克斯·穆勒(AlexMüller)和乔治·贝诺兹(Georg Bednorz)发现材料称为丘比特(Cuprates&Mdash);由其他元素之间的铜和氧层组成;可以在高低211 F的温度下(负135 C)的超导导 。
确切的原因仍然尚未完全理解 ,而主要的理论是美国物理学家菲利普·安德森(Phillip Anderson)提出的,他建议电子选择通过称为superexchange的量子机械过程选择彼此切换位置。
电子不断寻求切换位置,因为与所有粒子和自然界中的许多粒子和许多事物一样 ,它们试图占据最低的能量状态。正如海森伯格(Heisenberg&rsquo)的不确定性原则所指出的那样,只有粒子的位置或动量才能清楚地知道,电子将移动以使其位置最不确定 ,而动量最清楚地定义了 。
反过来,这种恒定的切换意味着电子’能量可以更明确地定义,从而使它们能够陷入最低的能量状态。这是进行此切换的理想配置?恰好是一群均匀间隔的库珀对的海洋。
最近的一些实验表明 ,安德森是对的。至少在他们研究的材料中;然而,从理论上讲,超级交换可能只是许多类型的电子胶 。同样不确定的是,这些假设的电子胶中的某些温度有多高 ,哪些生产材料可以产生这些电子胶。
超导体有一个Telltale属性:悬浮。由于流动电流会产生磁场,因此材料过渡到超导态的液体内部流动中的电子无摩擦,从而产生一个可以驱除具有相等和相反力的外部磁铁的磁场 。将超导体放在磁铁上方 ,将其完全悬浮在空气中,这一现象称为Meissner效应。
室温超导体不会违反任何已知的物理理论,但没有任何理论预测它们。
创建它们的困难归结为工程难题 ,在许多材料组合中,都有一系列原子和化学性质进行测试 。
在材料中,科学家测试的是石墨烯 ,它的低温超导性可以根据其单原子厚的床单的曲折打开或关闭。另一个有前途的候选人是元素scandium,这是一种银色金属,今年 ,研究人员报告说,该金属可以在温暖(但仍然非常寒冷)的温度下超导导。
然而,一个臭名昭著的主张使该领域陷入了丑闻 。在2020年的一项实验中,研究人员说 ,他们观察到碳,硫和氢的混合物被粉碎成在两个钻石下方的高压下,以惊人的57 F(14 C)粉碎。今年进行的后续实验升级了索赔&Mdash;对于材料的扩大部分 ,超导温度实际上高达70 F(21摄氏度)。然而,经过其他科学家的调查,2020年的论文被撤回 ,两个实验背后的团队被指控进行数据操纵和窃 。
LK-99的材料是在这个拥挤的场景上,其研究人员声称,其电阻率在86 F(30C)时下降到接近零。该材料由包含铅 ,氧,硫和磷的混合粉末组成,这些粉末掺杂了铜。制造和测试也相对容易。
到目前为止 ,科学机构已经宣布了11项复制结果的尝试,并宣布了7项结果 。在这七个中,三个发现与LK-99声称的属性相似,但没有超导性。其余四个既没有观察到磁性也没有超导性。
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