疑似石墨室温超导性发现

中国教育装备采购网2012-10-08 09:51围观1819次我要分享

  悬浮中的超导体:物理学家们对于超低温超导,即所谓“标准超导”背后的原理已经基本搞清,但是对于“高温超导”领域,比如室温环境下如何实现超导的原理仍然知之甚少  新浪科技讯 北京时间10月2日消息,最近科学家们在室温超导研究方面取得了一项发现,这一结果如果得到证实,将大大加快无损远距离输电和磁悬浮列车的研制的进程。

  尽管物理学家们已经搞清楚了在超低温超导,即所谓“标准超导”,比如零下275摄氏度低温环境下实现超导背后的原理,在“高温超导”领域,比如在高出绝对零度140度的环境下如何实现超导的原理仍然知之甚少。研究人员们仍然不清楚为何这些“温暖”的物质可以实现零电阻导电,科学家们也无法知道在相对高温的环境下,如室温环境下物质是否可以实现超导。而这正是此次的这项发现所要解答的。

  根据一份发表在《先进材料》杂志上的文章,价格便宜且容易获取的石墨粉似乎显示出超导特性的信号。并且这一切并不需要价格昂贵的低温冷却设备——让石墨粉显示超导性所需的材料仅仅是一盆水即可。

  德国来比锡大学的帕布罗·艾斯奎纳兹(Pablo Esquinazi)和其它物理学家最先于2012年发表在arXiv网站上的一篇文章中探讨了石墨的超导性。这些石墨材料中的一部分表现出约瑟夫逊效应,也就是在隔绝两块超导体之间的障碍中形成电子隧道的现象。这一效应说明这些石墨样本中包含具有超导特性的区域。

  艾斯奎纳兹表示:“基于这项工作,以及在过去3年间我们所做的工作,我们坚信这其中蕴藏着超导区域的可能性是存在的。”为了验证这种想法,研究人员用水处理石墨粉:他们将其与水混合23小时,将其取出过滤,并在100摄氏度环境中干燥。随后他们将这一经过水处理的石墨粉样本在改变的磁场环境中进行实验,观察其反应。

  石墨和其它一些材料在此之前便代表着室温超导研究的希望。在过去也曾有一些文章报告在经过硫或氧处理后的石墨粉中检测到微弱的,间接的超导信号。但是没有任何人,包括报告这些现象的科学家们,没有任何人能够真正制造出一个室温环境下的超导体——一种符合教科书定义的真正的超导体——可以实现零电阻导电的特性。

  然而超导体还有其它一些特征:一种材料。当其温度低于某一阈值,并经历某种相变时一般就会显示出超导性。而约瑟夫逊效应也是超导性的另一种信号,除此之外还有麦士纳效应,一般也被称为“反磁性”。当暴露于外部磁场中时,超导体会会推开这一磁场,从而阻止该磁场通过材料体内部。而超导体内部的磁场会比外部磁场更弱一些。这一特性让超导体得以悬浮半空,同时在外部磁场中形成可探测到的变化,同时也提供了一种对于超导性的可探测性信号。

  物理学家们此次正是利用了这一特点:他们将经过处理的石墨粉置于变化中的外部磁场,并测量其反磁性特征。结果显示样本的一小部分确实显示出超导性特征,但是这样的比例非常小,大约仅占0.01%。

  这样的比例可是一点都不让人感到振奋。艾斯奎纳兹表示:“这样的量实在太少了,这让我们很难进行进一步的研究。然而这一实验中给出了这样一种理念,那就是任何材料都可能在室温下实现超导,尤其是那些便宜而又容易获取的材料,如石墨和水。这一点具有重要意义。”

  加州大学圣迭戈分校物理学家伊凡·舒尔(Ivan Schuller)表示:“如果你能制造出一种零电阻材料,而且这种材料的原料非常容易获取,制造出来之后也不需要将其用液氮冷却。超导材料可以改变能量的传导量,将列车悬浮半空,还有其它很多很多事情。”它们迅速且高效的导电能力将让远距离无损输电甚至手持式电子设备从中受益。但是很难想象超导体被应用于电网结构之中,因为当下的超导技术还需要在低温下进行,而电网或是你的电脑是不太可能经常浸泡在液氮之中的。而如果石墨粉这样一种便宜而容易获得的材料果真能在室温下实现超导,那么这将彻底革新我们的现有技术。

  舒尔表示:“可以说,这一发现一旦证实,就将是一项重大发现。但问题就在于这究竟是不是真实的。这一点首先需要进行科学的判定。”舒尔认为由于这项发现意义重大,因此它更加需要更多的证据。研究人员目前还尚未能展示出这些样本具备了零电阻的特性,转变温度,甚至是约瑟夫逊效应。这些石墨粉样本所展示出的目前还仅仅是轻微的反磁性而已。

  舒尔表示:“这一现象必须在同样的样本中被重现,然后是从实验室的不同样本之间进行验证,再然后是在不同的实验室中进行验证。科学家们必须相互讨论和争论,以便最终确认这究竟是否真实。这就是科学运作的方式。如此一来,或许会有人得出正确的结论。”

  著名物理学家,美国斯坦福大学荣誉退休教授特雷多·加布雷尔(Theodore Geballe)同意这样的说法,即:当涉及室温超导问题时,仍然存在诸多的不确定性,仍然有很多工作需要去完成。尽管此次石墨粉材料表现出了初步的超导特性,他的意见是“在它们被证实之前,需要进行确认工作。我希望在本次报告之后就会有所突破,但是我对此一点都不感到乐观。”

  事实上,研究人员自己也认为石墨粉室温超导材料的研究还需要更多的证据才能得出结论。艾斯奎纳兹表示:“其它人必须进行相类似的实验并最终证明这一超导现象是确实存在的。这是一项非常精细的实验,信号非常微弱。”在此之后,他本人的研究小组将致力于增加石墨材料中具有超导属性的部分所占比重,并以此实现对其属性性质的分析。他说:“这样一来,如果这些超导材料的性质在室温下表现的足够好,足够稳定,这将是一场革命。我们真的只是刚刚起步。”

来源:分析测试百科网

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