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研生試劑-疑似石墨室溫超導性發(fā)現(xiàn)：或顛覆現(xiàn)有超導技術(shù)

最近更新時間：2014-3-25

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疑似石墨室溫超導性發(fā)現(xiàn)：或顛覆現(xiàn)有超導技術(shù)

北京時間10月2日消息，zui近科學家們在室溫超導研究方面取得了一項發(fā)現(xiàn)，這一結(jié)果如果得到證實，將大大加快無損遠距離輸電和磁懸浮列車的研制的進程。

盡管物理學家們已經(jīng)搞清楚了在超低溫超導，即所謂“標準超導”，比如零下275攝氏度低溫環(huán)境下實現(xiàn)超導背后的原理，在“高溫超導”領(lǐng)域，比如在高出零度140度的環(huán)境下如何實現(xiàn)超導的原理仍然知之甚少。研究人員們?nèi)匀徊磺宄楹芜@些“溫暖”的物質(zhì)可以實現(xiàn)零電阻導電，科學家們也無法知道在相對高溫的環(huán)境下，如室溫環(huán)境下物質(zhì)是否可以實現(xiàn)超導。而這正是此次的這項發(fā)現(xiàn)所要解答的。

根據(jù)一份發(fā)表在《先進材料》雜志上的文章，價格便宜且容易獲取的石墨粉似乎顯示出超導特性的信號。并且這一切并不需要價格昂貴的低溫冷卻設備——讓石墨粉顯示超導性所需的材料僅僅是一盆水即可。

德國來比錫大學的帕布羅·艾斯奎納茲(Pablo Esquinazi)和其它物理學家zui先于2012年發(fā)表在arXiv上的一篇文章中探討了石墨的超導性。這些石墨材料中的一部分表現(xiàn)出約瑟夫遜效應，也就是在隔絕兩塊超導體之間的障礙中形成電子隧道的現(xiàn)象。這一效應說明這些石墨樣本中包含具有超導特性的區(qū)域。

艾斯奎納茲表示：“基于這項工作，以及在過去3年間我們所做的工作，我們堅信這其中蘊藏著超導區(qū)域的可能性是存在的。”為了驗證這種想法，研究人員用水處理石墨粉：他們將其與水混合23小時，將其取出過濾，并在100攝氏度環(huán)境中干燥。隨后他們將這一經(jīng)過水處理的石墨粉樣本在改變的磁場環(huán)境中進行實驗，觀察其反應。

石墨和其它一些材料在此之前便代表著室溫超導研究的希望。在過去也曾有一些文章報告在經(jīng)過硫或氧處理后的石墨粉中檢測到微弱的，間接的超導信號。但是沒有任何人，包括報告這些現(xiàn)象的科學家們，沒有任何人能夠真正出一個室溫環(huán)境下的超導體——一種符合教科書定義的真正的超導體——可以實現(xiàn)零電阻導電的特性。

然而超導體還有其它一些特征：一種材料。當其溫度低于某一閾值，并經(jīng)歷某種相變時一般就會顯示出超導性。而約瑟夫遜效應也是超導性的另一種信號，除此之外還有麥士納效應，一般也被稱為“反磁性”。當暴露于外部磁場中時，超導體會會推開這一磁場，從而阻止該磁場通過材料體內(nèi)部。而超導體內(nèi)部的磁場會比外部磁場更弱一些。這一特性讓超導體得以懸浮半空，同時在外部磁場中形成可探測到的變化，同時也提供了一種對于超導性的可探測性信號。

物理學家們此次正是利用了這一特點：他們將經(jīng)過處理的石墨粉置于變化中的外部磁場，并測量其反磁性特征。結(jié)果顯示樣本的一小部分確實顯示出超導性特征，但是這樣的比例非常小，大約僅占0.01%。

這樣的比例可是一點都不讓人感到振奮。艾斯奎納茲表示：“這樣的量實在太少了，這讓我們很難進行進一步的研究。然而這一實驗中給出了這樣一種理念，那就是任何材料都可能在室溫下實現(xiàn)超導，尤其是那些便宜而又容易獲取的材料，如石墨和水。這一點具有重要意義。”

加州大學圣迭戈分校物理學家伊凡·舒爾(Ivan Schuller)表示：“如果你能出一種零電阻材料，而且這種材料的原料非常容易獲取，出來之后也不需要將其用液氮冷卻。超導材料可以改變能量的傳導量，將列車懸浮半空，還有其它很多很多事情。”它們迅速且的導電能力將讓遠距離無損輸電甚至手持式電子設備從中受益。但是很難想象超導體被應用于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)之中，因為當下的超導技術(shù)還需要在低溫下進行，而電網(wǎng)或是你的電腦是不太可能經(jīng)常浸泡在液氮之中的。而如果石墨粉這樣一種便宜而容易獲得的材料果真能在室溫下實現(xiàn)超導，那么這將*革新我們的現(xiàn)有技術(shù)。

舒爾表示：“可以說，這一發(fā)現(xiàn)一旦證實，就將是一項重大發(fā)現(xiàn)。但問題就在于這究竟是不是真實的。這一點首先需要進行科學的判定。”舒爾認為由于這項發(fā)現(xiàn)意義重大，因此它更加需要更多的證據(jù)。研究人員目前還尚未能展示出這些樣本具備了零電阻的特性，轉(zhuǎn)變溫度，甚至是約瑟夫遜效應。這些石墨粉樣本所展示出的目前還僅僅是輕微的反磁性而已。

舒爾表示：“這一現(xiàn)象必須在同樣的樣本中被重現(xiàn)，然后是從實驗室的不同樣本之間進行驗證，再然后是在不同的實驗室中進行驗證?？茖W家們必須相互討論和爭論，以便zui終確認這究竟是否真實。這就是科學運作的方式。如此一來，或許會有人得出正確的結(jié)論。”

物理學家，美國斯坦福大學榮譽退休教授特雷多·加布雷爾(Theodore Geballe)同意這樣的說法，即：當涉及室溫超導問題時，仍然存在諸多的不確定性，仍然有很多工作需要去完成。盡管此次石墨粉材料表現(xiàn)出了初步的超導特性，他的意見是“在它們被證實之前，需要進行確認工作。我希望在本次報告之后就會有所突破，但是我對此一點都不感到樂觀。”

事實上，研究人員自己也認為石墨粉室溫超導材料的研究還需要更多的證據(jù)才能得出結(jié)論。艾斯奎納茲表示：“其它人必須進行相類似的實驗并zui終證明這一超導現(xiàn)象是確實存在的。這是一項非常精細的實驗，信號非常微弱。”在此之后，他本人的研究小組將致力于增加石墨材料中具有超導屬性的部分所占比重，并以此實現(xiàn)對其屬性性質(zhì)的分析。他說：“這樣一來，如果這些超導材料的性質(zhì)在室溫下表現(xiàn)的足夠好，足夠穩(wěn)定，這將是一場革命。我們真的只是剛剛起步。”

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