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2012-10-4 19:14 上傳
懸浮中的超導體：物理學家們對於超低溫超導，即所謂“標準超導”背後的原理已經基本搞清，但是對於“高溫超導”領域，比如室溫環境下如何實現超導的原理仍然知之甚少
新浪科技訊 香港時間10月4日消息，最近科學家們在室溫超導研究方面取得了一項發現，這一結果如果得到証實，將大大加快無損遠距離輸電和磁懸浮列車的研製的進程。
儘管物理學家們已經搞清楚了在超低溫超導，即所謂“標準超導”，比如零下275攝氏度低溫環境下實現超導背後的原理，在“高溫超導”領域，比如在高出絕對零度140度的環境下如何實現超導的原理仍然知之甚少。研究人員們仍然不清楚為何這些“溫暖”的物質可以實現零電阻導電，科學家們也無法知道在相對高溫的環境下，如室溫環境下物質是否可以實現超導。而這正是此次的這項發現所要解答的。
根據一份發表在《先進材料》雜誌上的文章，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。並且這一切並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)和其它物理學家最先於2012年發表在arXiv網站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象。這一效應說明這些石墨樣本中包含具有超導特性的區域。
艾斯奎納茲表示：“基於這項工作，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域的可能性是存在的。”為了驗証這種想法，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，並在100攝氏度環境中幹燥。隨後他們將這一經過水處理的石墨粉樣本在改變的磁場環境中進行實驗，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過硫或氧處理後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，包括報告這些現象的科學家們，沒有任何人能夠真正製造出一個室溫環境下的超導體──一種符合教科書定義的真正的超導體──可以實現零電阻導電的特性。
然而超導體還有其它一些特徵：一種材料。當其溫度低於某一閾值，並經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”。當暴露於外部磁場中時，超導體會會推開這一磁場，從而阻止該磁場通過材料體內部。而超導體內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於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：他們將經過處理的石墨粉置於變化中的外部磁場，並測量其反磁性特徵。結果顯示樣本的一小部分確實顯示出超導性特徵，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。”
加州大學聖迭戈分校物理學家伊凡‧舒爾(Ivan Schuller)表示：“如果你能製造出一種零電阻材料，而且這種材料的原料非常容易獲取，製造出來之後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。”它們迅速且高效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。但是很難想像超導體被應用於電網結構之中，因為當下的超導技術還需要在低溫下進行，而電網或是你的電腦是不太可能經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超導，那麼這將徹底革新我們的現有技術。
舒爾表示：“可以說，這一發現一旦証實，就將是一項重大發現。但問題就在於這究竟是不是真實的。這一點首先需要進行科學的判定。”舒爾認為由於這項發現意義重大，因此它更加需要更多的証據。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：“這一現象必須在同樣的樣本中被重現，然後是從實驗室的不同樣本之間進行驗証，再然後是在不同的實驗室中進行驗証。科學家們必須相互討論和爭論，以便最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論。”
著名物理學家，美國斯坦福大學榮譽退休教授特雷多‧加佈雷爾(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。儘管此次石墨粉材料表現出了初步的超導特性，他的意見是“在它們被証實之前，需要進行確認工作。我希望在本次報告之後就會有所突破，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証據才能得出結論。艾斯奎納茲表示：“其它人必須進行相類似的實驗並最終証明這一超導現像是確實存在的。這是一項非常精細的實驗，信號非常微弱。”在此之後，他本人的研究小組將致力於增加石墨材料中具有超導屬性的部分所占比重，並以此實現對其屬性性質的分析。他說：“這樣一來，如果這些超導材料的性質在室溫下表現的足夠好，足夠穩定，這將是一場革命。我們真的只是剛剛起步。”(晨風)
來源 香港新浪科技
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作者: b1860191 時間: 2012-10-4 19:22
若超導能有突破發展,相信又能掀起一陣電子產品革命了
作者: ckchimxd 時間: 2012-10-4 19:22
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