物理学家在有记录的最低压力条件下实现室温超导

2022年08月05日 13:22 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

不到两年前,科学界被一种能实现室温超导的材料的发现所震惊。现在,内华达大学拉斯维加斯分校(UNLV)的一个物理学家团队通过在有记录的最低压力下再现这一壮举并再次提高了难度。

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明确地说,这意味着科学比以往任何时候都更接近一种可用的、可复制的材料,从而有朝一日可以彻底改变能源的运输方式。

UNLV物理学家Ashkan Salamat及其同事Ranga Dias(罗切斯特大学的物理学家)首次发现了室温超导现象。为了实现这一壮举,他们利用化学方法将碳、硫和氢的混合物首先合成为金属状态,然后利用极高的压力(267千兆帕)进一步合成为室温超导状态,这种条件只有在地球中心附近的自然界才能找到。

在不到两年的时间里,研究人员现在能在仅仅91GPa的条件下完成这一壮举--约是最初报告的压力的1/3。这些新发现作为预发文章发表在本月的《Chemical Communications》上。

一个超级发现

通过对最初突破中使用的碳、硫和氢的成分进行详细调整,研究人员现在能在较低的压力下生产一种材料并保持其超导状态。

“这些是在实验室外难以理解和评估的压力,但我们目前的轨迹表明,有可能在持续较低的压力下实现相对较高的超导温度--这是我们的最终目标,”研究的论文第一作者、UNLV的内华达极端条件实验室(NEXCL)的研究生研究员Gregory Alexander Smith说道,“在一天结束时,如果我们想制造对社会需求有益的设备,那么我们必须降低制造它们所需的压力。”

尽管压力仍非常高--是你在太平洋马里亚纳海沟底部经历的压力的约一千倍--他们继续朝着接近零的目标竞赛。随着研究人员对构成材料的碳、硫和氢之间的化学关系有了更好的了解,这场比赛在UNLV正以指数级的速度增长。

Salamat说道:“我们对碳和硫之间关系的认识正在迅速发展,我们正在寻找导致与最初观察到的明显不同的、更有效的反应的比率。在一个类似的系统中观察到如此不同的现象,显示了大自然母亲的丰富性。还有很多东西需要了解,每一个新的进展都使我们更接近日常超导设备的悬崖。”据悉,Salamat是UNLV的NEXCL的负责人,对最新的研究做出了贡献。

能源效率的圣杯

超导是一个了不起的现象,在一个多世纪前首次被观察到,但只是在非常低的温度下被观察到,因此没有任何实际应用的想法。只有在20世纪60年代,科学家们才理论上认为这一壮举在更高的温度下是可能的。Salamat及其同事在2020年发现了室温超导体,这让科学界感到兴奋,部分原因是该技术支持零电阻的电流量,这意味着通过电路的能量可以无限地传导且没有功率损失。这可能对能源储存和传输产生重大影响,并支持从更好的手机电池到更有效的能源网的一切。

Salamat表示:“全球能源危机没有显示出减缓的迹象,成本上升的部分原因是美国的能源网由于当前技术的低效率而每年损失大约300亿美元。为了社会变革,我们需要以技术为先导,而今天发生的工作,我相信是处于明天解决方案的最前沿。”

根据Salamat的说法,超导体的特性可以支持新一代的材料,从而可以从根本上改变美国和其他国家的能源基础设施。

他说道:“想象一下,在内华达州利用能源并在没有任何能量损失的情况下将其发送到全国各地。这项技术有一天可以使之成为可能。”

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