超导体是如何工作的?

时间:2021-07-26 08:55:45   作者:
超导体是一种电子可以无阻力运动的材料。但今天的超导体除非冷却到远低于室温,否则无法工作。现在,研究人员正在利用量子物理学寻找在室温下工作的超导体,使其更易于使用。多年来,物理学研究人员一直在试图解决一个问题:我们能否找到在室温下可以超导的东西?如果我们找到了它,它将彻底改变我们运输和使用能源的方式。马里兰大学的物理学教授理查德·格林说:“如果你口袋里有一个室温超导体,你就会希望它会有一些非常有趣的应用。”

超导体是如何工作的?

当铅、汞和某些化合物被冷却到极低温度时,它们就成为超导体。它们不再显示出任何电阻,并排出磁场,这使它们成为导电的理想材料。但是如果你想降到绝对零度(-459华氏度),你需要使用液氦。这就是为什么物理学家想要找到一种能在室温下工作的高温超导体——它更容易处理。研究人员在1911年发现了超导性。到了60年代,他们认为已经解开了所有的谜团。但在1986年,苏黎世的两位科学家发现了超导体,这种超导体的工作温度比研究人员想象的要高。“所以这引发了一场淘金热,因为我们真的很惊讶这会发生。这种情况也发生在氧化物材料中,这完全出乎意料,而这些材料的导电性根本不强。”格林说。

这些材料可以作为高温超导体工作,温度可达零下225华氏度。现在我们有了可以在氮沸点以上超导的材料,我们终于可以在某些应用中使用它们了。如果没有液氦冷却的超导电磁铁,核磁共振成像仪和欧洲核子研究中心的粒子加速器都不可能实现。

“我把超导性称为材料的一种涌现性。它不是你可以通过知道几个原子或几个电子如何工作来预测的。你真的需要知道有多少原子和电子一起产生性质,这当然需要知道量子力学,这只是在20世纪20年代才发明的,”格林说。研究人员仍然不知道如何预测哪种材料将成为高温超导体,或者是什么导致了它们的超导性。这些新的超导体有许多奇怪的特性,即使在今天也无法理解。它们不会走,它们只是不遵循我们对传统金属所习惯的正常模式。”Greene说道。

格林正在研究氧化铜和铁基超导体,寻找其内部电子为何会以如此非常规的方式工作的线索。解决高温超导体带来的问题——格林相信研究人员将在未来30年内发现室温超导体。如果这种情况发生,它将在最微小的层面上解决物理学中最大的谜团之一。
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