2016年10月30日美国休斯顿大学 华裔科学家朱经武团队利用界面组装技术,诱导非超导材料钙铁砷复合物界面表现出超导性,提供了发现高温超导体的全新方法。新研究可让科学家开发出各种更便宜高效的超导材料,还可增强超导材料的超导性能,拓展其应用范围。
1911年,荷兰莱顿大学的H·卡茂林·昂内斯意外地发现,将汞冷却到-268.98℃时,汞的电阻突然消失;后来他又发现许多金属和合金都具有与上述汞相类似的低温下失去电阻的特性,由于它的特殊导电性能,称之为超导态。卡茂林由于他的这一发现获得了1913年诺贝尔奖。
1933年,荷兰的迈斯纳和奥森菲尔德共同发现了超导体的另一个极为重要的性质——当金属处在超导状态时,这一超导体内的磁感应强度为零,却把原来存在于体内的磁场排挤出去。对单晶锡球进行实验发现:锡球过渡到超导态时,锡球周围的磁场突然发生变化,磁力线似乎一下子被排斥到超导体之外去了,人们将这种现象称之为“迈斯纳效应”。
后来人们还做过这样一个实验:在一个浅平的锡盘中,放入一个体积很小但磁性很强的永久磁体,然后把温度降低,使锡盘出现超导性,这时可以看到,小磁铁竟然离开锡盘表面,慢慢地飘起,悬浮不动。
不同的材料,临界超导温度不同,但是都非常低,比如:
1986年水银的4.2K提高到23.22K(0K=-273.15℃;K开尔文温标,起点为绝对零度);
1986年1月发现钡镧铜氧化物超导温度是30K;
12月30日,又将这一纪录刷新为40.2K;
在 2016年10月30日之前的最高温度的超导体还处于必须用液态氮来冷却,才可以工作的,这也是20世纪最大发明之一;
朱经武研究称:“反铁磁性层与金属层之间的交界面能被诱导出超导性,从而把普通常见的非超导复合物转变成超导体”。
为了证明这点,他选择了未经化学掺杂的钙铁砷复合物,在常压下先加热到350摄氏度,再进行退火处理。通常将材料加热到一定温度,保持足够时间,再以适当速度冷却。在退火过程中,钙铁砷形成两个不同的相层,退火时间越长,两个相层融合交界得越多。虽然两个相层都没有表现出超导性,但他们在交界处探测到超导性。
超导材料的用处:
①利用材料的超导电性可制作磁体,应用于电机、高能粒子加速器、磁悬浮运输、受控热核反应、储能等;可制作电力电缆,用于大容量输电(功率可达10000MVA);可制作通信电缆和天线,其性能优于常规材料。
②利用材料的完全抗磁性可制作无摩擦陀螺仪和轴承,高速、无摩擦的超导列车;
③利用约瑟夫森效应可制作一系列精密测量仪表以及辐射探测器、微波发生器、逻辑元件等。利用约瑟夫森结作计算机的逻辑和存储元件,其运算速度比高性能集成电路快10-20倍,功耗只有四分之一。
最新的发现,再也不需要一边用液态氮气冷却了,常温常态也下也可以实现超导性。