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科学探索

元素超导体的温度纪录被打破

科学探索万象经验2023-12-08

超导电性是一种物质在极低温下出现的一种奇特的现象,它可以让电流无阻力地流过物质。这种现象非常有用,比如可以用来制造强大的磁体,或者实现量子计算等高科技应用。但是,超导电性的出现条件非常苛刻,一般需要将物质冷却到极低的温度,这样才能让电子之间形成一种叫做库珀对的特殊状态,从而克服晶格振动的干扰,实现无阻力的电流。

那么,有没有可能让超导电性在更高的温度下出现呢?这是物理学家们长期追求的一个梦想,因为如果能够实现这一点,那么超导电性的应用就会大大增加,而且也会揭示出更深刻的物理原理。事实上,自从1911年超导电性被发现以来,物理学家们就一直在努力提高超导电性的临界温度(Tc),也就是超导电性出现的最高温度。

目前,已经发现了一些具有较高Tc的超导材料,比如铜氧化物和铁基超导体,它们有些可以在液氮的沸点(77 K)以上保持超导电性。但是,这些材料的结构都比较复杂,而且超导电性的机制还不是很清楚,所以对于理论的发展和实验的控制都有一定的困难。

那么,如果我们只用一种元素,而不是多种元素的复合物,能不能实现高温超导电性呢?这是一个非常有意思的问题,因为单一元素的超导电性更容易理解和分析,而且也更能体现出超导电性的本质。但是,单一元素的超导电性的Tc一般都很低,比如最高的是铌,只有9.2 K。这是因为单一元素的电子结构比较简单,电子-声子耦合比较弱,所以很难形成稳定的库珀对。那么,有没有什么办法可以改变单一元素的电子结构,从而增强电子-声子耦合,提高Tc呢?答案是有的,那就是高压。