在室温和大气压下实现零电阻的“室温超导体”,一直是科学界梦寐以求的材料。寻找到这种材料并非易事,多年来,相关领域的进展也充满波折。
室温超导研究:屡屡受挫的探索
自1911年荷兰物理学家海克·卡末林·昂内斯发现液氦中的汞呈现“几乎为零”的电阻现象以来,科学家们便对室温超导的可能性着迷不已。在过去的一个多世纪里,虽然取得了一些进展,例如上世纪80年代发现的铜氧化物高温超导体,但它们仍然需要在极低的温度下才能工作,远低于我们日常所能接受的“舒适”温度。近年来,人们对室温超导的渴望催生了一种“狼来了”的现象:2023年,《自然》杂志撤回了一篇关于在常压下发现室温超导体的争议性论文。同年,韩国研究人员声称发现了一种名为“LK-99”的潜在超导体,但最终也被证实并非如此。
这种长达百年的探索,如果能成功,无疑将获得诺贝尔奖。这也促使一些科学家开始思考一个更根本的问题:物理定律是否允许室温超导体的存在?
最新研究:基本物理常数带来曙光
发表在《Journal of Physics: Condensed Matter》上的一项新研究,通过分析普朗克常数、电子电荷和电子质量等基本物理常数,对这个问题进行了探讨。研究结果令人鼓舞:超导性的上限存在于100到1000开尔文(约-280到1340°F)的范围内。考虑到室温大约为293开尔文,这意味着室温超导在理论上是可能的。
剑桥大学的克里斯·皮卡德(Chris Pickard)是这项研究的合著者,他在一份新闻稿中表示:“这一发现告诉我们,基本常数并未排除室温超导的可能性。它给科学家们带来了希望:梦想仍然存在。”
理解基本常数:超导的关键
理解这些基本常数对于理解材料成为超导体的临界温度(TC)至关重要。这些常数控制着从原子稳定性到恒星形成的方方面面,也控制着声子频率的上限。声子频率是形成电子对(也称为“库珀对”,是超导性的驱动力)的关键。由于这些常数可以决定原子的振动速度,科学家们可以利用它们来推断TC可能达到的最高值。
将TC的上限设定在100到1000开尔文的范围内,即使发现室温超导体仍然困难,也算得上是一个好消息。研究人员在新闻稿中解释说,在一个TC仅比绝对零度高百万分之一度的宇宙中,我们可能根本无法探测到超导现象。然而,一个超高的TC也意味着电阻(对于加热等多种应用也非常重要)将同样难以实现。
伦敦玛丽女王大学的首席研究作者科斯蒂亚·特拉琴科(Kostya Trachenko)在新闻稿中说道:“导线会超导而不是发热,煮水泡茶将会是一个非常不同的挑战。”
结论:希望犹存
因此,至少,对这种超导“圣杯”的追寻并非毫无根据。宇宙的物理学规律让我们有理由相信,有一天,我们终将发现这个长期隐藏的秘密。
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