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研生試劑-疑似石墨室溫超導(dǎo)性發(fā)現(xiàn)：或顛覆現(xiàn)有超導(dǎo)技術(shù)

最近更新時間：2014-3-25

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疑似石墨室溫超導(dǎo)性發(fā)現(xiàn)：或顛覆現(xiàn)有超導(dǎo)技術(shù)

北京時間10月2日消息，zui近科學(xué)家們在室溫超導(dǎo)研究方面取得了一項(xiàng)發(fā)現(xiàn)，這一結(jié)果如果得到證實(shí)，將大大加快無損遠(yuǎn)距離輸電和磁懸浮列車的研制的進(jìn)程。

盡管物理學(xué)家們已經(jīng)搞清楚了在超低溫超導(dǎo)，即所謂“標(biāo)準(zhǔn)超導(dǎo)”，比如零下275攝氏度低溫環(huán)境下實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)背后的原理，在“高溫超導(dǎo)”領(lǐng)域，比如在高出零度140度的環(huán)境下如何實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)的原理仍然知之甚少。研究人員們?nèi)匀徊磺宄楹芜@些“溫暖”的物質(zhì)可以實(shí)現(xiàn)零電阻導(dǎo)電，科學(xué)家們也無法知道在相對高溫的環(huán)境下，如室溫環(huán)境下物質(zhì)是否可以實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)。而這正是此次的這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)所要解答的。

根據(jù)一份發(fā)表在《先進(jìn)材料》雜志上的文章，價格便宜且容易獲取的石墨粉似乎顯示出超導(dǎo)特性的信號。并且這一切并不需要價格昂貴的低溫冷卻設(shè)備——讓石墨粉顯示超導(dǎo)性所需的材料僅僅是一盆水即可。

德國來比錫大學(xué)的帕布羅·艾斯奎納茲(Pablo Esquinazi)和其它物理學(xué)家zui先于2012年發(fā)表在arXiv上的一篇文章中探討了石墨的超導(dǎo)性。這些石墨材料中的一部分表現(xiàn)出約瑟夫遜效應(yīng)，也就是在隔絕兩塊超導(dǎo)體之間的障礙中形成電子隧道的現(xiàn)象。這一效應(yīng)說明這些石墨樣本中包含具有超導(dǎo)特性的區(qū)域。

艾斯奎納茲表示：“基于這項(xiàng)工作，以及在過去3年間我們所做的工作，我們堅(jiān)信這其中蘊(yùn)藏著超導(dǎo)區(qū)域的可能性是存在的。”為了驗(yàn)證這種想法，研究人員用水處理石墨粉：他們將其與水混合23小時，將其取出過濾，并在100攝氏度環(huán)境中干燥。隨后他們將這一經(jīng)過水處理的石墨粉樣本在改變的磁場環(huán)境中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，觀察其反應(yīng)。

石墨和其它一些材料在此之前便代表著室溫超導(dǎo)研究的希望。在過去也曾有一些文章報告在經(jīng)過硫或氧處理后的石墨粉中檢測到微弱的，間接的超導(dǎo)信號。但是沒有任何人，包括報告這些現(xiàn)象的科學(xué)家們，沒有任何人能夠真正出一個室溫環(huán)境下的超導(dǎo)體——一種符合教科書定義的真正的超導(dǎo)體——可以實(shí)現(xiàn)零電阻導(dǎo)電的特性。

然而超導(dǎo)體還有其它一些特征：一種材料。當(dāng)其溫度低于某一閾值，并經(jīng)歷某種相變時一般就會顯示出超導(dǎo)性。而約瑟夫遜效應(yīng)也是超導(dǎo)性的另一種信號，除此之外還有麥?zhǔn)考{效應(yīng)，一般也被稱為“反磁性”。當(dāng)暴露于外部磁場中時，超導(dǎo)體會會推開這一磁場，從而阻止該磁場通過材料體內(nèi)部。而超導(dǎo)體內(nèi)部的磁場會比外部磁場更弱一些。這一特性讓超導(dǎo)體得以懸浮半空，同時在外部磁場中形成可探測到的變化，同時也提供了一種對于超導(dǎo)性的可探測性信號。

物理學(xué)家們此次正是利用了這一特點(diǎn)：他們將經(jīng)過處理的石墨粉置于變化中的外部磁場，并測量其反磁性特征。結(jié)果顯示樣本的一小部分確實(shí)顯示出超導(dǎo)性特征，但是這樣的比例非常小，大約僅占0.01%。

這樣的比例可是一點(diǎn)都不讓人感到振奮。艾斯奎納茲表示：“這樣的量實(shí)在太少了，這讓我們很難進(jìn)行進(jìn)一步的研究。然而這一實(shí)驗(yàn)中給出了這樣一種理念，那就是任何材料都可能在室溫下實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)，尤其是那些便宜而又容易獲取的材料，如石墨和水。這一點(diǎn)具有重要意義。”

加州大學(xué)圣迭戈分校物理學(xué)家伊凡·舒爾(Ivan Schuller)表示：“如果你能出一種零電阻材料，而且這種材料的原料非常容易獲取，出來之后也不需要將其用液氮冷卻。超導(dǎo)材料可以改變能量的傳導(dǎo)量，將列車懸浮半空，還有其它很多很多事情。”它們迅速且的導(dǎo)電能力將讓遠(yuǎn)距離無損輸電甚至手持式電子設(shè)備從中受益。但是很難想象超導(dǎo)體被應(yīng)用于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)之中，因?yàn)楫?dāng)下的超導(dǎo)技術(shù)還需要在低溫下進(jìn)行，而電網(wǎng)或是你的電腦是不太可能經(jīng)常浸泡在液氮之中的。而如果石墨粉這樣一種便宜而容易獲得的材料果真能在室溫下實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)，那么這將*革新我們的現(xiàn)有技術(shù)。

舒爾表示：“可以說，這一發(fā)現(xiàn)一旦證實(shí)，就將是一項(xiàng)重大發(fā)現(xiàn)。但問題就在于這究竟是不是真實(shí)的。這一點(diǎn)首先需要進(jìn)行科學(xué)的判定。”舒爾認(rèn)為由于這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)意義重大，因此它更加需要更多的證據(jù)。研究人員目前還尚未能展示出這些樣本具備了零電阻的特性，轉(zhuǎn)變溫度，甚至是約瑟夫遜效應(yīng)。這些石墨粉樣本所展示出的目前還僅僅是輕微的反磁性而已。

舒爾表示：“這一現(xiàn)象必須在同樣的樣本中被重現(xiàn)，然后是從實(shí)驗(yàn)室的不同樣本之間進(jìn)行驗(yàn)證，再然后是在不同的實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行驗(yàn)證?？茖W(xué)家們必須相互討論和爭論，以便zui終確認(rèn)這究竟是否真實(shí)。這就是科學(xué)運(yùn)作的方式。如此一來，或許會有人得出正確的結(jié)論。”

物理學(xué)家，美國斯坦福大學(xué)榮譽(yù)退休教授特雷多·加布雷爾(Theodore Geballe)同意這樣的說法，即：當(dāng)涉及室溫超導(dǎo)問題時，仍然存在諸多的不確定性，仍然有很多工作需要去完成。盡管此次石墨粉材料表現(xiàn)出了初步的超導(dǎo)特性，他的意見是“在它們被證實(shí)之前，需要進(jìn)行確認(rèn)工作。我希望在本次報告之后就會有所突破，但是我對此一點(diǎn)都不感到樂觀。”

事實(shí)上，研究人員自己也認(rèn)為石墨粉室溫超導(dǎo)材料的研究還需要更多的證據(jù)才能得出結(jié)論。艾斯奎納茲表示：“其它人必須進(jìn)行相類似的實(shí)驗(yàn)并zui終證明這一超導(dǎo)現(xiàn)象是確實(shí)存在的。這是一項(xiàng)非常精細(xì)的實(shí)驗(yàn)，信號非常微弱。”在此之后，他本人的研究小組將致力于增加石墨材料中具有超導(dǎo)屬性的部分所占比重，并以此實(shí)現(xiàn)對其屬性性質(zhì)的分析。他說：“這樣一來，如果這些超導(dǎo)材料的性質(zhì)在室溫下表現(xiàn)的足夠好，足夠穩(wěn)定，這將是一場革命。我們真的只是剛剛起步。”

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