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据美国物理学会(APS)网站显示,美国罗切斯特大学助理教授、哈佛大学物理系研究员、凝聚态物理学家迪亚兹(Ranga Dias)在当地时间3月7日举行的“静态超导实验”报告会议上公布了一份最新研究成果:
Dias团队通过实验,创造出了一种在室温和相对较低压力的可在实际条件(Practical conditions)下工作的“超导体”。该超导体由三元氢化物(Lu-N-H,即氢、氮和镥)在约20℃温度下、以及1万个标准大气压的压力下进入超导状态,具有完全导电性,从而探索这种新型超导体在室温环境中应用的可能。
同时,3月9日凌晨,该研究成果发表在英国《自然》杂志上,题目为Evidence of near-ambient superconductivity in a N-doped lutetium hydride。时间戳显示,这篇论文在2022年8月投出,今年1月18日被Nature接收。
这个报告的主要内容就是,Dias团队发现了一种新的金属氢化物(Lu-N-H,氮掺杂氢化镥),能在室温(294K,约20℃)和近环境压强下(1GPa,约1万个标准大气压,比此前研究结果低了两个数量级)实现超导,并且通过电阻率测量(零电阻特性)、磁化率测量(迈斯纳效应)和比热容测量的结果进行佐证。
那这项工作到底是什么呢?这就要说一下什么是超导。
超导是20世纪最伟大的发现之一。1911年,荷兰莱顿大学物理学家昂纳斯(H. Kamerlingh Onnes)在一次实验中偶然发现:将金属汞冷却到4.2K(零下268.95℃)的超低温时,其电阻突然消失的现象,此时电流可以毫无阻碍地通过导体而没有任何的损耗。
后来经过大量的实验,他发现许多金属和合金都具有与汞类似的在低温下电阻消失的特性,昂纳斯称这一特殊的导电性能为“超导态”。凭借这一发现,昂纳斯获得1913年诺贝尔物理学奖,而1911年也被物理学界称为“超导元年”。
超导的英文名称为Superconductivity,顾名思义为超级(完美)导体,昂纳斯首先发现当汞冷却到一定温度以下时电阻消失,并命名为超导态。因此,零电阻是人类观察到超导态的第一个特性,也是最直观最容易理解的一个特性。后来研究表明,一些特殊的材料当其温度低于某个特定值时将进入超导态,这个温度称为超导转变温度(Tc,亦称为临界温度),不同的超导材料具有不同的临界温度。一旦进入超导态,超导体将从电、磁、热三个方面独立地表现出一些奇妙的特性,下面将介绍超导体的两个主要特性:
零电阻特性,永不消逝的电流。零电阻是人类认识超导的第一个特性,进入超导态超导体是没有电阻的,如果做一个超导环路并感应出电流,那么它可以永久环流而几乎不衰减。据粗略估计,超导环路电流衰减到零的时间将超过宇宙寿命。
迈斯纳效应,拒之门外的磁场。1933年迈斯纳(W. Meissner)和奥克森菲尔德(R. Ochsenfeld)发现了超导体另一个重要特性——完全抗磁性,即“迈斯纳效应”。当温度降到超导转变温度下,处于超导态的超导体能将磁力线完全排斥出去,即超导体内磁场为零。