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新纪录！芝加哥大学研究高温超导体从零下73度跃升到零下23度

2019-11-17 18:59:43

日前，芝加哥大学科学家们是一个国际研究小组的成员，该小组发现了超导性——在有记录以来最高温度下完美导电的能力。利用芝加哥大学附属阿贡国家实验室的先进技术，研究小组研究了一种材料，在这种材料中观察到的超导性温度约为零下23摄氏度——与此前的确认记录相比，这一温度跃升了约50度。尽管超导现象是在极高的压力下发生，但这一结果仍然代表着在室温下创造超导现象的一大步：科学家将这一现象应用于先进技术的最终目标。研究结果发表在2019年5月23日《自然》上，芝加哥大学研究教授维塔利·普拉卡彭卡(Vitali Prakapenka)和芝加哥大学博士后学者埃兰·格林伯格(Eran Greenberg)是这项研究的共同作者。就像铜线比橡胶管导电性好一样，某些材料更容易成为超导材料，超导状态由两个主要特性定义：材料对电流的电阻为零，并且不能被磁场穿透。这一技术的潜在用途既广泛又令人兴奋：电流不会减少的电线、速度极快的超级计算机和高效的磁悬浮列车。

来自x射线的数据使科学家能够建立这种材料的晶体结构模型。图片：Drozdov et al

但是，科学家们以前只能在超导材料被冷却到极低温度时才能制造出超导材料——最初是零下240摄氏度，最近大约是零下73摄氏度。由于这种冷却的成本高昂，它限制了它们在世界范围内的应用。理论预测表明，一种新型的超导氢化物材料可以为高温超导铺平道路。德国马克斯普朗克化学研究所(Max Planck Institute for Chemistry)的研究人员与芝加哥大学的研究人员合作，创造了一种名为镧超氢化物的材料，测试了它的超导性，并确定了它的结构和组成。

科学家们用x射线轰击一种新型超导材料样品，以研究其在阿贡国家实验室先进光子源处的结构，x射线荧光在样品(中心)处产生绿色。图片：Drozdov et al

唯一的问题是，这些材料需要被放置在极高的压力下：150到170千兆帕之间，是海平面压力的150多万倍。只有在这些高压条件下，这种材料（只有几微米宽的微小样品）才会在新的记录温度下表现出超导性。事实上，这种材料表现出了证明超导性所需四种特性中的三种：它降低了电阻，降低了外磁场下的临界温度，并且当某些元素被不同的同位素取代时，温度发生了变化。第四个特征是被称为“迈斯纳效应”(Meissner effect)，在这种效应中，材料会排斥任何磁场。

这是因为这种物质太小，无法观察到这种效应。研究人员使用了阿贡国家实验室的先进光子源，该实验室提供超亮、高能的x射线束，使从更好的取得突破，从而分析这种材料。在实验中，芝加哥大学高级放射源中心的研究人员在两颗微小钻石之间挤压了一小块这种物质样本，以施加所需的压力，然后用束线的x射线探测其结构和成分。

文章来源：博科园

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