哇!
有史以来第一次,研究人员在非超导体材料实现了超导性,这是一种零电阻的导电性现象。
新技术展示了一个在1970年代首次被提出、但直到现在还没有被证明的概念。它可以导致做出现有超导体的方法,就像是用在MRI机器的方法,或是用在磁浮列车中,在更高温之下更便宜和更有效率的方法。
来自休斯顿大学(University of Houston)的首席研究员Paul C. W. Chu说:“超导被用在许多地方,其中核磁共振造影(magnetic resonance imaging,MRI)可能是最为大家所知道的。”
但如果超导材料更具商业可行性的话,那么它将彻底改变其他行业的整体范围。超导体不仅可以被用来建造超快速、无摩擦的运输系统,就像是磁浮列车和超回路列车(Hyperloop),它们也可以使我们整个电网的效率更高。
现在我们所使用的电线,会让电力从发电厂传输到我们家的途中损失高达10%;但超导体根本不会损失任何电力。因此,公用事业公司可以提供更多的电力给我们,而不需要再产生任何电力。
阻碍这一切应用的是,商业用的超导体材料需要被冷却到大约摄氏-269.1度,以便实现零电阻,这是相当昂贵和能量密集的。
即使仍然在实验室里测试结果最好的超导体,也无法在摄氏-70度以上出现超导性。研究人员正在努力把这个所谓的临界温度(或Tcs)接近室温。
几十年来,科学家认为提升超导温度的更好方法是,找到一种能在非超导材料中诱导出超导性的方法。
这个想法是,如果研究人员能够找出一种方法来让普通材料产生超导,它将开启新的方法让超导材料在更高的温度下运作。
现在,藉由在材料的两个相位的相遇点(称为界面)诱导出超导性,休斯顿大学的研究小组已经迈出了第一步。
他们在一种非超导材料钙铁砷化合物(CaFe2As2),实现了这一点。
研究人员写道:“长久以来提出提升Tcs的一种方法,是利用人工或自然组成的界面。”
“目前的研究清楚地展示,众所皆知的非超导钙铁砷化合物,它的高Tcs可以藉由反铁磁性(antiferromagnetic)/金属层堆叠(metallic layter stacking)来诱导,并且对于在这个化合物界面提升的Tcs,提供迄今最直接的证据。”
那么它是如何运作的呢?超导性可以在两种不同材料聚集在一起的界面处被诱导、或甚至被提升的想法,是在1970年代首次提出。
但是,虽然许多研究小组试图证明它的工作原理,过去达到超导的实验,无法排除应力作用或是化学物掺杂不会混乱实验结果。所以实验的效力从来没有被验证,直到现在。
为了验证发生了什么事,休斯顿研究人员在环境压力下工作,并使用纯净的钙铁砷化物。
然后他们把材料加热到摄氏350度,以达到所谓的退火(annealing)过程。这个过程是材料在加热后缓慢地冷却。
由于它不均匀地冷却,这个过程在钙铁砷化物中造成两个不同的相位。
虽然这两个相位都不是超导,但研究小组能够在这两个相位的共存点侦测出超导性,证明这个界面假说是真的。
钙铁砷化合物大约在凯氏25度出现超导性,这大约是摄氏-248.15度。因此,它仍然无法用于工业。
但下一步将是使用这个相同的过程,来找到使现有的高温超导体在这些界面处更有效率的方法。
在这种技术商业化之前还有很长的路要走,但在朝向开发未来更廉价和更好的超导材料,它是很有希望的一步。
来发展那些悬浮列车吧。
这项研究已经在美国国家科学院院刊(Proceedings of the National Academy of Sciences)发表。