@ 2018.08.16 , 14:00

某种酮酸盐或成为打开常温超导大门的钥匙

某种酮酸盐或成为打开常温超导大门的钥匙

酮酸镧锶氧化铜对大多数人来说可能没什么意义,但对于物理学家来说,它可能是一把钥匙,能够打开那扇阻拦我们通往常温超导的大门。

当被放置在强大的磁场中时,这种物质与其他金属导电的方式不同。

一旦我们堪破了其中的机理,或许最终就能发展出十分诱人的高温超导体(HTS)技术。

科学家对低温超导体(LTS)的研究硕果累累。与它们的低温表兄弟不同,HTS材料由某些元素组合而成,元素的排列使得电荷可以自由移动,当然如果你剧烈地晃动材料,就会改变它的特性。

请注意,'高温'是个相对的概念。它们仍需要低于-135°C的温度。这比-240°C的低温超导体要好得多,但它不还无法用在你的手机或平板电脑上。

推升超导体的温度条件可能会让我们最终实现真正的常温超导,现在唯一的问题是,我们对它们的运作方式知之甚少。

佛罗里达州立大学国家高磁场实验室一支研究小组的发现的某种巧合性,可能给我们指出了方向。

奇异的特性

在大多数金属中,电子与环境中的其他粒子相互作用,形成所谓的准粒子。准粒子对象不仅仅是构成它们的各部分之和,还具有普通电子的所有特征。

准粒子也被用于解释电荷如何在超导体中无阻碍地移动。电子与其环境的特征相结合,改变了它的行为,使它具有了不同寻常的存在形式。

看起来,对这些准粒子了解得越多,离常温超导体就越近。

一种铜酸盐形成一类HTS。它们是夹在其他材料之间的氧化铜薄片,可以“掺杂”进导电层。

在合适的温度下,这种组合出现了奇怪的“坏”金属特性:常温环境下,大多数金属的电阻和温度成比例,但是在超低的温度下,线性关系彻底崩溃;这种铜酸盐则不然,它们即便在超低温下依然保持了电阻和温度的正比例关系。

新的方向

研究人员对电阻与周围磁场强度之间的关系感到好奇。其他研究应用磁场来测试铜酸盐的各种特性,但之前没有人研究过它的强度变化。

因此,他们将一块铜酸镧锶铜氧化物放入高达80特斯拉的磁场中,这比普通医疗扫描仪中的磁场强50多倍。

结果显示出磁场强度和酮酸盐的电阻也具有线性关系。

温度和磁场条件下出现相似的情形,这不太可能是纯粹的巧合。

物理学家Arkady Shekhter说:“通常当你看到这样的事情时,这意味着它背后有一个非常简单的原理。”

随着磁场的变强发,电阻的成比例的增加,也表明导体中所有的电子具有行为相关性。之前科学家早有猜测,但始终缺乏进一步的证据。

电子之间的相关性排除了单个准粒子的作用效果。这意味着与你在中学物理课上学到的经典导电理论完全不同。

“在这种情况下,现有的科学语言是苍白无力的,”Shekhter说, “我们需要找到一种新的语言来描述这些材料。”

随着新语言的建立,我们可以采用新的方法来制造或调整具有超导特性的神奇材料,找到其他更加古怪的物质。

该研究发表在Science上。
本文译自 sciencealert,由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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