中国科学家近日发现,一种用于制造防晒霜的有机分子在零下150摄氏度进入超导状态,不过结果本身还需要进一步验证。 2015年,一个德国科研团队发现,硫化氢在零下70摄氏度(203开尔文)会进入超导态,这是目前记录到的,能获得超导态的最高温度。然而,没人能确定硫化氢超导现象的背后机理,只有人提出了一些可能的假说。 近日,atv直播,有机分子超导领域再传新突破:一种通常用于防晒霜的有机分子,在零下150摄氏度(123开尔文)和常压条件下,呈现超导态。这个温度相较于之前的有机分子超导临界温度记录高了将近100摄氏度,并与陶瓷材料的最高超导临界温度相仿。 如果这个发现被最终确认,那么有机分子超导将成为研究热点,科学家会试图制造出超导临界温度更高的材料。不过,在机理层面,该材料的超导特性仍有待探究——目前还没有理论能令人信服地解释,为什么这种分子会在这么高的温度下呈现超导特性。 金属超导材料的超导临界温度一般不会高于零下243摄氏度(30开尔文)。在低温下,金属晶格中的电子会形成库伯对,并通过相干振动相互作用。当温度足够低时,根据超导理论,相干振动能够让电子库伯对在金属晶格之间无阻运动,呈现超导现象。超导态很难维持,只要温度比临界温度稍高,超导态就会被破坏,电阻将急剧增加。 此外,所有超导体的共性之一是抗磁性,这种特性称为迈斯纳效应。新发现的任何材料,都必须体现出抗磁性,才能被科学界正式承认为超导材料。 另外一个超导材料判断标准是同位素效应。由于超导现象依赖于晶格共振,因此对晶格中原子核的质量非常敏感。如果通过同位素核替换的办法,改变晶格中原子的质量,那么该材料的超导临界温度应该会发生改变。 目前为止,物理学家普遍认为:一种材料必须同时具备电导率相变、抗磁性和同位素效应三个特征,才能被确认为超导材料。 新近发现的超导有机分子,是一种被称为对联三苯的芳香烃类化合物。这种物质一般用于染料激光器以及制作防晒霜。近日,上海高压先进科研中心的陈晓嘉研究员和湖北大学高云教授、黄忠兵教授和王仁树等联合宣布,他们通过在对联三苯中掺杂钾的方法,让该材料在零下130度(143开尔文)呈现了超导态。 他们用的方法相对简单。在高真空中,他们向对联三苯中掺入钾,比例为3:1。然后,混合物被放入石英管,在260摄氏度下加热7天。最后,他们在零下272摄氏度到27摄氏度(1-300开尔文)的范围内,测试了该材料的导电性和磁性。 研究团队表示:该材料在的磁性在零下150摄氏度(123开尔文)出现突变,且变化曲线符合迈纳斯效应的预期,因此可以初步判定出现了超导态。 虽然有了“初步判定”,但这并不能代表最终结论。研究团队并没有在论文中表明,该材料在临界温度附近,1)是否观测到了电导率的相变;2)是否存在同位素效应。 没有报道这些关键信息,到底是因为科研团队没有观测到这些现象,还是其他什么原因,目前尚不清楚。在超导研究历程中,不止一次出现过“高温超导材料”事后被证明无法复现。因此对于该结果目前还需要谨慎。 一个更需解决的问题是,如果对联三苯真的出现了超导特性,背后的机理是什么?研究团队只有一个试验性的解释和一些相关证据。 科学家们对聚合物超导特性的了解还很少——人类在21世纪初才发现这种现象。其中一种超导机理假说认为,电子在有机分子间运动时,与它自身的振动产生了相互作用。这样的电子被称为极化子,而极化子穿过分子的方式决定了其导电性。一些分子中的极化子,可以配对形成双极化子。 这就是中国研究团队给出的解释——在对联三苯中掺入钾之后,产生了双极化子。当温度降低,双极化子以类似于库伯对的方式,进行了无电阻运动。团队还称,拉曼散射的实验结果提供了一些相关证据。 这个假说本身是非常有意义的。如果双极化子确实是有机材料导电的原因,那么对联三苯应该不是唯一的——其他有机材料也可以,甚至在更高的温度体现出超导性。 (责任编辑:本港台直播) |