科學家首度合成出室溫超導材料,在 15℃ 展現超導特性

作者 | 發布日期 2020 年 10 月 15 日 12:54 | 分類 尖端科技 , 材料 Telegram share ! follow us in feedly


超導材料雖然因零電阻、抗磁性威名遠播,但將其技術化的困難點仍在於,這些材料只能在低溫高壓環境中發揮作用,也因此,尋找室溫下具有超導特性的材料,是科學家夢寐以求的目標。現在科學家似乎成功了,來自羅徹斯特大學的工程師和物理學家們,首次在高壓力下開發出室溫超導材料,於 15℃ 出現超導特性。

開發室溫超導材料(在室溫下完全零電阻和完全抗磁性)是凝聚態物理學的聖杯,這種材料可以完全改變當今世界的面貌。2012 年 9 月時,德國萊比錫大學研究人員率先發現石墨顆粒能在室溫下表現出超導性,雖然僅 0.01% 部分表現抗磁性,但這一發現具有重要意義──科學家看見室溫超導的曙光。

迄今為止,已知最高溫度的超導材料仍需在零下 23℃ 才會出現超導性,為 2018 年德國化學家發現的十氫化鑭(在壓力 170GPa,溫度零下 23℃ 時有超導性出現),如果像石墨這種便宜又容易獲得的材料能實現室溫超導,將引發新一波工業革命。

不過沒想到,科學家最先合成出來的室溫超導材料不是石墨,而是碳氫化硫(carbonaceous sulfur hydride)。

由羅徹斯特大學物理與機械工程學助理教授 Ranga Dias 領導的團隊,將氫與碳、硫結合在一起、於鑽石鉆(diamond anvil cell)上合成簡單的碳氫化硫,發現該材料在溫度 15℃ 、壓力 39,000,000 psi(267 GPa)環境下表現出超導性。

雖然,實驗中產生的壓力環境不可能存在於現實世界中,做為比較:海平面大氣壓力約 15 psi,前者是後者的 260 萬倍。(地球核心壓力則約 330~360 GPa)。

如果室溫超導材料問世,會帶來哪些卓越應用?首先,電網不會再因電線中的電阻而損失多達 2MWh 的電;其次是開發出速度比飛機還要快的超導磁浮列車;此外,也能應用在醫學成像掃描技術或更高效的電子產品,如果說現在的我們生活在半導體世界,那麼這些材料將帶領我們進入超導世界,在那裡,可能再也不需要電池這東西來儲蓄電。

研究的下一步將嘗試調整樣品的化學成分來降低所需壓力,假如混合比例正確,研究人員相信,一個常溫常壓的超導體終將問世,為人類社會帶來巨大進步。新論文發表在《自然》(Nature)期刊。

(首圖來源:羅徹斯特大學/J. Adam Fenster

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