北京
超導(dǎo)體能夠讓電流無電阻流動，這意味著不會因發(fā)熱而損失能量。
美國的研究人員揭開了高溫超導(dǎo)體的秘密。
美國能源部阿貢國家實驗室的研究人員發(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現(xiàn)超導(dǎo)——這為設(shè)計更實用的超導(dǎo)體提供了線索。
"這些實驗展示了升級后的先進光子源的能力。我們現(xiàn)在可以在極端壓力條件下以前所未有的細節(jié)研究材料的原子級結(jié)構(gòu)。"阿貢國家實驗室物理學(xué)家馬杜里·索馬亞祖魯說。
超導(dǎo)體使電流無電阻流動
研究人員揭示，超導(dǎo)體能夠讓電流無電阻流動，這意味著不會因發(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)用價值。
不過他們也指出，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，美國的研究人員朝著突破這一限制邁出了一步。他們對一類名為"超氫化物"的材料獲得了新的認識——這類材料可以在約10華氏度（約零下12攝氏度）的較高溫度下實現(xiàn)超導(dǎo)。
在這項新研究中，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。他們在鑭超氫化物中加入少量釔，以使其更穩(wěn)定并降低所需壓力。
"為了達到這種極端壓力，我們將一個微小樣品擠壓在兩個金剛石之間。"先進光子源物理學(xué)家馬杜里·索馬亞祖魯說。該團隊的金剛石對頂砧裝置可產(chǎn)生高達500萬個大氣壓的壓力。
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，研究團隊利用先進光子源的高能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X射線聚焦到一個僅幾微米厚、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。1微米大約相當于人類頭發(fā)絲直徑的七十分之一。
近期先進光子源的升級使這些測量成為可能。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研究極小的樣品。
"該光束使我們能夠?qū)碜晕⑿悠繁旧淼男盘柵c來自周圍材料和金剛石對頂砧的信號區(qū)分開來。"普拉卡彭卡說。
研究團隊發(fā)現(xiàn)，晶格中原子的排列方式上的微小差異會強烈影響超導(dǎo)性。據(jù)新聞稿稱，他們識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)。
"這些實驗展示了升級后的先進光子源的能力。"索馬亞祖魯說，"我們現(xiàn)在可以在極端壓力條件下以前所未有的細節(jié)研究材料的原子級結(jié)構(gòu)。"
研究人員還指出，盡管實驗中使用的壓力仍然非常高——約為大氣壓的140萬倍——但他們認為這是通往更遠大目標的一部分。他們正在添加更多元素以進一步降低壓力，目標是使這些材料具有實用性。
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