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大发2分彩官网ios版《环球科学》:高温超导 “铁”的飞跃(图)

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  只能在接近绝对零度的低温下,常规超导体里都都可以 量损耗地传导电流。20世纪60 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,但会 要怎样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时不时保持到60 8年,一种年物理学家发现铁基超导体里都都可以 在远高于绝对零度的温度进入超导态。

  上世纪60 年代,科学家发现了铜氧化物都都可以 实现高温超导。但从那前一天,时不时也只能 新的高温超导体时不时出现。直到去年,铁基材料成为超导家族的第十个 。它的发现重新点燃了物理学家的高温超导之梦,或许它还将有益于破解高温超导机制一种时不时困扰学界的哪些的难题。

  60 6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,研究人员并总要 为了寻找超导材料,不多不多不多不多我希望合成一种能用于平板显示器的新型透明半导体。然而,当研究人员对朋友新合成的物质——一种含晒 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;只是多不多不多不多我说,它超导了。

  虽然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60 K)一种超导终极目标的差距就更未必了,但对于研究者来说,发现一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都都可以 开多快;而物理学家想知道,在一种新超导家族中都都可以 找到转变温度更高的超导体。但会 冷却系统建设比较复杂、占地庞大,还须耗费巨资,超导体在工业上的应用大大受限。但会 ,超导转变温度每提高或多或少,总要 有益于改善现有系统的过高 ,使新项目在技术上和经济上都更具可行性。但会 抛开传统低温超导体必备的液氦冷却系统,就不再有花费过高 和设备比较复杂等种种麻烦,工程师就都都可以 把都都可以 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。

  研究小组结束了了了尝试新发现的化合物,即用大量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。朋友用氟取代一次要氧原子,将超导温度提到了7K。只是,研究人员把磷元素删改替换为砷,又使超导温度提高到26K。一种重大发现在60 8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,几块中国研究小组合成了超导转变温度超过40K的超导体。有另一个月后,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,但仍过高 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。朋友认为,该体系的超导转变最高温度还大有潜力可挖;但会 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比较复杂的技术工艺,而铁基材料在工业中的应用或许容易或多或少。

  超导体里虽然 含晒 铁元素,一种点非常罕见。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——具备删改抗磁性,即被屏蔽在超导体之外,而只能穿透其外部。当强度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些只能 被外部铁原子的磁性,这还是有另一个未解之谜。

  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。研究者但会 被铜氧化物困扰了20多年,始终只能 找到有另一个理论能解释它的所有性质,尤其是超导转变温度为哪些只能 之高。现在,研究者或许都都可以 比较铜氧化物和铁基材料你你这个种高温超导体,找到关键线索,最终解开高温超导一种未解之谜。

  铁基材料和铜氧化物最大的类式之指在于朋友总要 层状外部,但一种外部是总要 高温超导的关键因素还有待证明。

  但会 铁基材料和铜氧化物这两类超导体在不多不多不多不多有方面指在类式性,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。你你这个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。它们总要 个人的最佳浓度,即到某一浓度时,该体系的超导转变温度都都可以 达到有另一个极大值,在此温度以下该材料进入超导态,一种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,但会 样品的浓度太低或太高,它总要 会超导(参见第21页插图)。

  当然,你你这个种材料最大的类式性还在于外部,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。铜氧化物的主要外部是铜氧(CuO2)层,相应地,铁基化合物总要 由铁和磷族元素构成的原子层,在哪些层中,铁元素和元素周期表中氮元素那一列的元素,如磷、砷、锑等结合在一起去。细野秀雄教授的研究组发现的26K超导体,不多不多不多不多我由镧氧(LaO)层和铁砷(FeAs)层交错构成。

  但会 把你你这个种超导体的晶体外部比作三明治,铜氧层和铁砷层不多不多不多不多我夹在三明治里的肉。物理学家认为超导电性就源于一种夹心层。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)了氟前一天,氟就会取代次要氧原子,但会 每个氟原子比此前的氧原子多出有另一个电子,哪些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有另一个纳米尺度的棋盘中;每个铁原子指在有另一个黑方格,砷原子指在有另一个白方格。铜氧层的情况表与此类式,不同之指在于,棋盘上只能一半的黑方格被铜原子指在。每个铜氧层基本上总要 平的,即所有原子共面。与之相反,铁砷层中的砷原子指在铁原子的斜顶端和斜下方,每个铁原子随近有有另一个砷原子,构成有另一个四面体,砷原子指在四面体的顶点。究竟一种材料外部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外部,一种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,超导体都都可以 承受很大的且依然保持超导情况表,而当垂直于铜氧面时,有另一个较小的就都都可以 超导电性。一种性质在实际应用中很糙要,但会 不多不多不多不多有超导体都用于产生强。铜氧化物的一种外部也被认为是四根潜在线索,或许都都可以 用来解释高温超导的原理。

  理论工作者非常看重哪些线年时间,主要专注于发展有另一个理论,来解释超导电性要怎样在有另一个铜氧层中产生。朋友认为铜氧化物的二维外部是有另一个很关键的因素。从理论来看,一种观点是合理的,数学和物理中都都可以 找到不多不多不多不多有从前的例子:有另一个二维体系的独外部质或哪些的难题到了三维情况表就不再指在,但会 变得相当比较复杂。在铜氧化物超导体一种具体的例子中,大量实验结果显示,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总要 二维外部,但在60 8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)研究人员的媒体合作团队,分别地发现铁基超导体对不同方向和强有类式响应。只是多不多不多不多我说,朋友研究的一种超导转变温度可达38K的钾钡铁砷材料似乎是有另一个具有三维外部的超导体。

  在荷兰莱顿大学的理论物理学家扬扎宁(JanZaanen)看来,但会 铜氧化物和铁基超导体都含晒 着同有另一个“高温超导的奥秘”,只能 以上有另一个研究小组的实验结果预示着“二维外部似乎是个干扰因素,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》60 9年第9期)(责任编辑:赵婷)香港吉野门

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