美國(guó)實(shí)驗(yàn)室解開超導(dǎo)體秘密：電力傳輸零能量損耗

超導(dǎo)體能夠讓電流無(wú)電阻流動(dòng)，這意味著不會(huì)因發(fā)熱而損失能量。

美國(guó)的研究人員揭開了高溫超導(dǎo)體的秘密。

美國(guó)能源部阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究人員發(fā)現(xiàn)，超氫化物結(jié)構(gòu)的微小變化如何使其在接近室溫但極端高壓的條件下實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)——這為設(shè)計(jì)更實(shí)用的超導(dǎo)體提供了線索。

"這些實(shí)驗(yàn)展示了升級(jí)后的先進(jìn)光子源的能力。我們現(xiàn)在可以在極端壓力條件下以前所未有的細(xì)節(jié)研究材料的原子級(jí)結(jié)構(gòu)。"阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室物理學(xué)家馬杜里·索馬亞祖魯說(shuō)。

超導(dǎo)體使電流無(wú)電阻流動(dòng)

研究人員揭示，超導(dǎo)體能夠讓電流無(wú)電阻流動(dòng)，這意味著不會(huì)因發(fā)熱而損失能量。這一特性使其在磁共振成像掃描儀、粒子加速器、磁懸浮列車以及某些電力傳輸系統(tǒng)等技術(shù)中具有應(yīng)用價(jià)值。

不過(guò)他們也指出，大多數(shù)超導(dǎo)體僅在極低溫度下才能工作——通常低于零下數(shù)百華氏度。將材料維持在這樣的低溫需要復(fù)雜且昂貴的冷卻系統(tǒng)，這限制了超導(dǎo)體的應(yīng)用范圍。

如今，美國(guó)的研究人員朝著突破這一限制邁出了一步。他們對(duì)一類名為"超氫化物"的材料獲得了新的認(rèn)識(shí)——這類材料可以在約10華氏度（約零下12攝氏度）的較高溫度下實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)。

在這項(xiàng)新研究中，赫姆利及其同事探索了改變材料化學(xué)成分是否可以降低超導(dǎo)所需的壓力。他們?cè)阼|超氫化物中加入少量釔，以使其更穩(wěn)定并降低所需壓力。

"為了達(dá)到這種極端壓力，我們將一個(gè)微小樣品擠壓在兩個(gè)金剛石之間。"先進(jìn)光子源物理學(xué)家馬杜里·索馬亞祖魯說(shuō)。該團(tuán)隊(duì)的金剛石對(duì)頂砧裝置可產(chǎn)生高達(dá)500萬(wàn)個(gè)大氣壓的壓力。

在高壓高溫下形成超導(dǎo)材料

在高壓高溫條件下形成超導(dǎo)材料后，研究團(tuán)隊(duì)利用先進(jìn)光子源的高能X射線（在16-ID-B和13-ID-D光束線）研究其結(jié)構(gòu)。

"我們將一束強(qiáng)X射線聚焦到一個(gè)僅幾微米厚、約十到二十微米寬的樣品上。"芝加哥大學(xué)光束線科學(xué)家兼研究教授維塔利·普拉卡彭卡說(shuō)。1微米大約相當(dāng)于人類頭發(fā)絲直徑的七十分之一。

近期先進(jìn)光子源的升級(jí)使這些測(cè)量成為可能。據(jù)新聞稿介紹，其更亮、更聚焦的X射線束使研究人員能夠在改變壓力的同時(shí)研究極小的樣品。

"該光束使我們能夠?qū)?lái)自微小樣品本身的信號(hào)與來(lái)自周圍材料和金剛石對(duì)頂砧的信號(hào)區(qū)分開來(lái)。"普拉卡彭卡說(shuō)。

研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，晶格中原子的排列方式上的微小差異會(huì)強(qiáng)烈影響超導(dǎo)性。據(jù)新聞稿稱，他們識(shí)別出兩種不同的晶體結(jié)構(gòu)，每種結(jié)構(gòu)在略有不同的溫度下轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)態(tài)。

"這些實(shí)驗(yàn)展示了升級(jí)后的先進(jìn)光子源的能力。"索馬亞祖魯說(shuō)，"我們現(xiàn)在可以在極端壓力條件下以前所未有的細(xì)節(jié)研究材料的原子級(jí)結(jié)構(gòu)。"

研究人員還指出，盡管實(shí)驗(yàn)中使用的壓力仍然非常高——約為大氣壓的140萬(wàn)倍——但他們認(rèn)為這是通往更遠(yuǎn)大目標(biāo)的一部分。他們正在添加更多元素以進(jìn)一步降低壓力，目標(biāo)是使這些材料具有實(shí)用性。

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