一文了解室溫超導(dǎo)（附投資標(biāo)的）

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2023-08-02 08:04

韓國(guó)研究室溫超導(dǎo)！

繼今年三月份的印度裔科學(xué)家號(hào)稱做出了室溫超導(dǎo)，但好像沒(méi)有辦法復(fù)現(xiàn)以后，僅四個(gè)月，韓國(guó)又研究出室溫超導(dǎo)，甚至不需要加外壓。

這篇論文已經(jīng)刊登在了arxiv上了，是全球最大的論文預(yù)印本網(wǎng)站，論文發(fā)表前一般都會(huì)發(fā)在這里讓大家提前看到，這個(gè)就是室溫超導(dǎo)論文的原文。

他們這次發(fā)表的內(nèi)容，和制作室溫超導(dǎo)的方式方法，都極其簡(jiǎn)單，甚至相當(dāng)于你在家里煉丹那種就非常夠用。

超導(dǎo)是什么？

超導(dǎo)，指導(dǎo)體在某一溫度下，電阻為零的狀態(tài)。而呈現(xiàn)超導(dǎo)電性的材料，稱為超導(dǎo)體。

（注：在實(shí)驗(yàn)中，若導(dǎo)體電阻的測(cè)量值低于10-25Ω，可以認(rèn)為電阻為零。）

超導(dǎo)體具有三個(gè)基本特性：完全電導(dǎo)性、完全抗磁性、通量量子化。

完全導(dǎo)電性指的就是導(dǎo)體0電阻。

完全抗磁性又稱“邁斯納效應(yīng)”，是因?yàn)槌瑢?dǎo)體表面能夠產(chǎn)生一個(gè)無(wú)損耗的抗磁超導(dǎo)電流，這一電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)，抵消了超導(dǎo)體內(nèi)部的磁場(chǎng)，且始終為零，這也是完全抗磁性的核心，也是超導(dǎo)體區(qū)別于理想導(dǎo)體的關(guān)鍵。這種特性最大的用途是用來(lái)做磁懸浮。

磁通量量子化，又叫做“約瑟夫森效應(yīng)”，指當(dāng)兩層超導(dǎo)體之間的絕緣層薄至原子尺寸時(shí)，電子對(duì)可以穿過(guò)絕緣層產(chǎn)生隧道電流的現(xiàn)象。超導(dǎo)體中的磁通量量子化可以用來(lái)制造超導(dǎo)計(jì)算機(jī)。

超導(dǎo)體如何被發(fā)現(xiàn)？

超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)與低溫研究密不可分。在18世紀(jì)，由于低溫技術(shù)的限制，人們認(rèn)為存在不能被液化的“永久氣體”，如氫氣、氦氣等。1908年，荷蘭萊頓大學(xué)萊頓低溫實(shí)驗(yàn)室的卡末林·昂內(nèi)斯教授成功將最后一種“永久氣體”-氦氣液化，并通過(guò)降低液氦蒸汽壓的方法，獲得1.15K-4.25K（-272℃至-268.9℃）的低溫。低溫研究的突破，為超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。

1911年2月，掌握了液氦和低溫技術(shù)的卡末林·昂尼斯發(fā)現(xiàn)，在4.3K（-268.85℃）以下，鉑的電阻保持為一常數(shù)，而不是通過(guò)一極小值后再增大。因此卡末林·昂尼斯認(rèn)為純鉑的電阻應(yīng)在液氦溫度下消失。為了驗(yàn)證這種猜想，卡末林·昂尼斯選擇了更容易提純的汞作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。首先，卡末林·昂尼斯將汞冷卻到零下40℃，使汞凝固成線狀，然后利用液氦將溫度降低至4.2K附近，并在汞線兩端施加電壓。當(dāng)溫度稍低于4.2K（268.95℃）時(shí)，汞的電阻突然消失，表現(xiàn)出超導(dǎo)狀態(tài)。

但是超導(dǎo)的具體原因并不是很清楚，直到1957年，三位物理學(xué)家巴?。↗.Bardeen）、庫(kù)珀（L.V.Cooper）施里弗（J.R.Schrieffer）提出了以他們首字母命名的BCS理論，才有了第一個(gè)關(guān)于超導(dǎo)的微觀機(jī)制的解釋，并因此獲得了1972年的諾貝爾獎(jiǎng)。

BCS理論的核心就是電子在與晶格的耦合中會(huì)出現(xiàn)電子吸引電子的可能，這樣兩個(gè)電子會(huì)結(jié)成庫(kù)珀對(duì)，結(jié)成庫(kù)珀對(duì)的電子可以看作玻色子，在低溫下，發(fā)生“凝聚”，能量可以無(wú)耗散地在凝聚的庫(kù)珀對(duì)中流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)態(tài)。

室溫超導(dǎo)有什么用？

假設(shè)能夠?qū)崿F(xiàn)室溫超導(dǎo)，即在常溫下使用超導(dǎo)材料，對(duì)人類社會(huì)將意味著革命性的改變和重大影響。以下是可能的一些影響：

能源革命：室溫超導(dǎo)將帶來(lái)能源傳輸和儲(chǔ)存的革命。電力輸送將變得更加高效，減少能源損耗，提高電力網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。這將推動(dòng)可再生能源的廣泛應(yīng)用，降低對(duì)化石燃料的依賴，從而減少溫室氣體排放，應(yīng)對(duì)氣候變化。

高效電子設(shè)備：室溫超導(dǎo)將使得電子設(shè)備變得更加高效，減少能源消耗和熱量排放。例如，計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備、移動(dòng)設(shè)備等都可以獲得大幅性能提升，帶來(lái)更先進(jìn)、更快速的科技應(yīng)用。

交通運(yùn)輸變革：室溫超導(dǎo)在交通運(yùn)輸領(lǐng)域的應(yīng)用將徹底改變出行方式。高速磁懸浮列車和磁力飛行器等交通工具的出現(xiàn)將帶來(lái)更快速、更安全、更環(huán)保的交通選擇。

醫(yī)療科技進(jìn)步：室溫超導(dǎo)有望促進(jìn)醫(yī)學(xué)成像技術(shù)的革新，如更先進(jìn)的磁共振成像（MRI）和核磁共振波譜學(xué)（NMR），將提高醫(yī)學(xué)診斷的精確性和可靠性。

基礎(chǔ)科學(xué)研究：室溫超導(dǎo)的實(shí)現(xiàn)將推動(dòng)基礎(chǔ)科學(xué)研究的飛躍，加速物理學(xué)、材料學(xué)等學(xué)科的發(fā)展。這將有助于解決許多科學(xué)難題，并為更多的技術(shù)應(yīng)用提供支持。

社會(huì)經(jīng)濟(jì)變革：室溫超導(dǎo)的應(yīng)用將創(chuàng)造全新的產(chǎn)業(yè)鏈和商機(jī)，帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，增加就業(yè)機(jī)會(huì)。同時(shí)，超導(dǎo)技術(shù)的普及將促進(jìn)全球經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力的提升。

城市規(guī)劃和基礎(chǔ)設(shè)施：超導(dǎo)技術(shù)的出現(xiàn)將對(duì)城市規(guī)劃和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)產(chǎn)生重大影響。例如，能源輸送和交通系統(tǒng)的優(yōu)化可能會(huì)導(dǎo)致城市布局的重新規(guī)劃和改進(jìn)。