客观日本

美大学发现室温超导,摄氏15度实现零电阻但需超高压

2020年11月19日 电子电气

在超高压下朝着实用化迈进

电流在零电阻下流动的超导研究最近实现了梦想中的物质。以前必须将物质的温度降到极低才能实现超导,而此次首次实现了无需冷却的“室温超导”,但需要具备超高压这个条件,所以还无法马上实用化。如何在常压下实现超导将成为今后新的挑战。

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实现室温超导的超高压实验装置。将样本封闭在两块金刚石形成的小空间里(图片由美国罗彻斯特大学提供)

“终于实现了。这是之前没有预料到的结果,稍微有点吃惊”。大阪大学的清水克哉教授看到报告室温超导的论文后发表感想说。

这篇论文是美国罗彻斯特大学的研究团队10月份在英国科学期刊《自然》上发表的。研究团队利用可以再现地球深处高压状态的实验装置,一边向氢、硫和碳的混合物照射激光一边加压。最终在267万个大气压下实现超导,温度约为15摄氏度。

自1911年发现冷却到零下269度的水银会变成超导以来,又陆续发现了很多其他超导物质。但都需要进行冷却。即使是1986年因能在相对较高的温度下实现超导而备受关注的含铜氧化物,目前的最高温度也达到零下140度。

超导研究人员一直期待能发现无需冷却的物质。日本产业技术综合研究所的首席研究员永崎洋介绍说:“此次是通过可靠的实验获得的结果,应该值得信赖。超导研究将再次出现活力”。

此次的发现是有预兆的。大约50年前理论上就预测“变成金属状态的轻元素能实现超导”。2015年,德国的研究团队以该理论为基础,向在氢气中添加了硫的化合物施加150万个大气压的压力,成功在零下70度的温度下实现了超导。这证明,气态氢在超高压下也会变得像金属一样。

据介绍,罗彻斯特大学的研究团队通过进一步添加碳并增加压力,同时照射激光等,实现了无需冷却的超导。

超导的应用范围不断扩大,比如JR东海公司计划在东京和名古屋之间运行的磁悬浮中央新干线,以及用于医疗诊断的磁共振成像装置(MRI)等。由于需要利用价格暴涨的液氦将温度降到极低,因此必须使用特殊装置,成本非常高。无需冷却的超导物质的出现将对产业等产生重大影响。

不过,清水教授断言:“由于需要超高压的条件,无法立即用于工业用途”。地球中心区域的压力被认为约为364万个大气压,267万个大气压约为其四分之三。全球只有约10座实验设施能再现这个条件。罗彻斯特大学制作的样本尺寸非常小,只有25~35微米(微米为100万分之1米),研究尚处于基础阶段。

日本中央大学的橘高俊一郎副教授指出:“关于变成了什么样的晶体还没有详细的信息。包括其他研究团队在内,需要关注后续实验的结果”。

永崎首席研究员表示:“今后将增加研究如何以更低的压力实现超导的战略”,期待能有更多的研究人员关注超导。如何才能变成超导,目前还没有明确的物质设计指南,在超高压下以室温实现超导的结果将提供重要的参考。今后将朝着下一个梦想——“在常温常压下实现超导”继续开展研究。

日文:永田好生,《日本经济新闻》,2020年11月2日
中文:JST客观日本编辑部

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