pk10骗局-10分pk10骗局《环球科学》:高温超导 “铁”的飞跃(图)

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  可不里能 在接近绝对零度的低温下,常规超导体才可不里能 量损耗地传导电流。20世纪200年代发现的铜氧化物超导体,彻底打破了长久以来超导转变温度的,以后 如保将铜氧化物超导体应用到工业上仍然是一项极富挑战性的工作。

  铜氧化物超导体在超导材料中独一无二的地位老是保持到2008年,同类 年物理学家发现铁基超导体就是能在远高于绝对零度的温度进入超导态。

  上世纪200年代,科学家发现了铜氧化物可不里能 实现高温超导。但从那完后 ,老是也如此新的高温超导体再次出现。直到去年,铁基材料成为超导家族的第3个。它的发现重新点燃了物理学家的高温超导之梦,或许它还将有有助于于破解高温超导机制同类 老是困扰学界的大问题。

  2006年,日本东京工业大学细野秀雄(HideoHosono)领导的研究小组进行了一项工作。起初,研究人员不用是为了寻找超导材料,或多或少或多或少 希望合成四种 能用于平板显示器的新型透明半导体。然而,当研究人员对亲戚大伙儿 新合成的物质——四种 暗含镧、氧、铁、磷的新化合物——进行物质检测时,发现该材料在4K(约-269℃,参见环球科学小词典)以下传导电流时电阻为零;也或多或少或多或少 说,它超导了。

  着实4K远低于当前实验室能实现的最高超导转变温度138K,与室温(约200K)同类 超导终极目标的差距就更不用了,但对于研究者来说,发现四种 新超导体就好比车手拿到了一部新式赛车。车手想知道这部赛车到底可不里能 开多快;而物理学家想知道,在同类 新超导家族中可不里能 找到转变温度更高的超导体。是导致 冷却系统建设复杂、占地庞大,还须耗费巨资,超导体在工业上的应用大大受限。以后 ,超导转变温度每提高或多或少,都在有助于改善现有系统的严重不足,使新项目在技术上和经济上都更具可行性。是导致 抛开传统低温超导体必备的液氦冷却系统,就不再有花费严重不足和设备复杂等种种麻烦,工程师就可不里能 把可不里能 无损耗传导大电流的电缆以及小型强磁体应用到磁共振成像、磁悬浮列车、粒子加速器及或多或少科学设想中。

  研究小组完后 刚现在结束尝试新发现的化合物,即用几瓶或多或少元素取代化合物中已有的元素,希望能提高超导转变温度。亲戚大伙儿 用氟取代一累积氧原子,将超导温度提到了7K。以后 ,研究人员把磷元素全版替换为砷,又使超导温度提高到26K。同类 重大发现在2008年2月底报道出来,立即引起全世界物理学家的关注,进而引发了一场对铁基超导体的研究热潮。同年3月底,哪几只中国研究小组合成了超导转变温度超过40K的超导体。另一个多月后,最高超导转变温度就已达到56K。

  尽管铁基超导体的研究进展相当快,但仍严重不足以挑战20年前由铜氧化物(copperoxide或cuprate)超导体创造的最高超导温度记录,不过物理学家仍难以兴奋之情。亲戚大伙儿 认为,该体系的超导转变最高温度还大有潜力可挖;是导致 铜氧化物质地很脆,制作用在电缆或磁体中的长导线时时要更复杂的技术工艺,而铁基材料在工业中的应用或许容易或多或少。

  超导体里岂都在暗含铁元素,同类 点非常罕见。铁原子具有强磁性,而磁性通常会超导电性。事实上,对超导体的界定除了零电阻,还有另外四根绳子 ——具备全版抗磁性,即被屏蔽在超导体之外,而可不里能 穿透其组织组织结构。当传输效率大到足以进入超导体时,超导电性就会被。铁基超导体的超导电性为哪几种如此被组织组织结构铁原子的磁性,这还是另一个多未解之谜。

  铁基超导体最吸引人之处,或许在于它让高温超导体家族有了新,铜氧化物不再孤独。研究者是导致 被铜氧化物困扰了20多年,始终如此找到另一个多理论能解释它的所有性质,尤其是超导转变温度为哪几种如此之高。现在,研究者或许可不里能 比较铜氧化物和铁基材料这四种 高温超导体,找到关键线索,最终解开高温超导同类 未解之谜。

  铁基材料和铜氧化物最大的同类之发生于亲戚大伙儿 都在层状形态,但同类 形态是都在高温超导的关键因素还有待证明。

  是导致 铁基材料和铜氧化物这两类超导体在或多或少或多或少方面发生同类性,研究人员希望通过研究铁基超导体找到线索,进而探寻铜氧化物的超导机制。这四种 材料的超导转变温度都远远高于或多或少所有已知超导体。它们都在各自 的最佳浓度,即到某一浓度时,该体系的超导转变温度可不里能 达到另一个多极大值,在此温度以下该材料进入超导态,同类 转变温度也被称为临界温度(criticaltemperature)。而欠和过样品的超导转变温度都低于最佳样品,当浓度逐渐远离最佳浓度时,超导转变温度逐渐降到绝对零度。换句话说,是导致 样品的浓度太低或太高,它都在会超导(参见第21页插图)。

  当然,这四种 材料最大的同类性还在于形态,铜氧化物和铁基超导体都由不同原子层相互交错堆积而成。铜氧化物的主要形态是铜氧(CuO2)层,相应地,铁基化合物都在由铁和磷族元素构成的原子层,在哪几种层中,铁元素和元素周期表中氮元素那一列的元素,如磷、砷、锑等结合在共同。细野秀雄教授的研究组发现的26K超导体,或多或少或多或少 由镧氧(LaO)层和铁砷(FeAs)层交错构成。

  是导致 把这四种 超导体的晶体形态比作三明治,铜氧层和铁砷层或多或少或多或少 夹在三明治里的肉。物理学家认为超导电性就源于同类 夹心层。两边的“面包片”仅仅为夹心层提供额外的电子,或是从夹心层移走或多或少电子。往镧氧铁砷(LaOFeAs)了氟完后 ,氟就会取代累积氧原子,是导致 每个氟原子比此前的氧原子多出另一个多电子,哪几种额外电子就会转移到铁砷层,进而改变它的电学性质。

  沿垂直于层状面的方向俯视,铁砷层的原子仿佛被置于另一个多纳米尺度的棋盘中;每个铁原子发生另一个多黑方格,砷原子发生另一个多白方格。铜氧层的状况与此同类,不同之发生于,棋盘上可不里能 一半的黑方格被铜原子发生。每个铜氧层基本上都在平的,即所有原子共面。与之相反,铁砷层中的砷原子发生铁原子的斜中间和斜下方,每个铁原子附过另一个多砷原子,构成另一个多四面体,砷原子发生四面体的顶点。究竟四种 材料形态特点中的相同点更重要,还是不同点更重要,还有待考证。

  铜氧化物超导体具有层状形态,同类 特点使得它对沿层面传导和垂直于层面传导的超导电流有不同的响应。铜氧化物超导体中,对超导电流的影响取决于方向。当方向平行于铜氧面时,超导体可不里能 承受很大的且依然保持超导状况,而当垂直于铜氧面时,另一个多较小的就可不里能 超导电性。同类 性质在实际应用暗含点要,是导致 或多或少或多或少超导体都用于产生强。铜氧化物的同类 形态也被认为是四根绳子 潜在线索,或许可不里能 用来解释高温超导的原理。

  理论工作者非常看重哪几种线年时间,主要专注于发展另一个多理论,来解释超导电性如保在另一个多铜氧层中产生。亲戚大伙儿 认为铜氧化物的二维形态是另一个多很关键的因素。从理论来看,同类 观点是合理的,数学和物理中可不里能 找到或多或少或多或少原本的例子:另一个多二维体系的独形态质或大问题到了三维状况就不再发生,是导致 变得相当复杂。在铜氧化物超导体同类 具体的例子中,几瓶实验结果显示,铜氧层在整个化合物中的地位非常特殊。

  对铁基超导体最早的或多或少研究表明它似乎都在二维形态,但在2008年7月底,中国科学院王楠林(Nan-LinWang)研究员领导的研究组,以及美国爱荷华州立大学的保罗C坎菲尔德(PaulC.Canfield)小组与洛斯阿拉莫斯国家试验室(Los AlamosNationalLaboratory)研究人员的媒体媒体合作团队,分别地发现铁基超导体对不同方向和强有同类响应。也或多或少或多或少 说,亲戚大伙儿 研究的同类 超导转变温度可达38K的钾钡铁砷材料似乎是另一个多具有三维形态的超导体。

  在荷兰莱顿大学的理论物理学家扬扎宁(JanZaanen)看来,是导致 铜氧化物和铁基超导体都暗含着同另一个多“高温超导的奥秘”,如此以上另一个多研究小组的实验结果预示着“二维形态似乎是个干扰因素,将理论物理学家引向了错误的方向”。(更多内容,请阅读《环球科学》2009年第9期)(责任编辑:赵婷)香港吉野门

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