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发帖数: 30882 | 1 重大突破 人类首次制造室温超导现象
2012-09-18 19:47
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关键词：
物理高温超导室温超导量子计算机超导体
研究人员在石墨颗粒中发现室温超导性
德国科学家宣布发现了室温超导体——听起来难以置信——实际上，他们发现的超导性
只是一种“表面效应”。 室温超导体是指能在300K左右温度下工作的超导体，绝大多
数超导材料需要在极低的温度下才能实现零电阻，因此实际应用有限。
德国莱比锡大学的研究人员发 现，石墨颗粒在变干后它们之间的接触面会出现超导现
象，这种表面效应只发生在极少部分碳粉末上——仅占总质量的0.0001%。他们还发现
，超导现象非常脆弱，挤压之后就会消失。研究人员称，过去几十年在碳基材料中已经
观察到多次类似的现象。
德国科学家宣布发现室温超导体
透明胶带在半导体内诱发出高温超导现象
报道，由多伦多大学物理学家领导的国际研究小组利用透明胶带首次在半导体内诱发出
了高温超导现象。这一方法为研制可用于量子计算机和提升能效的新型设备铺平了道路
。相关论文发表在9月11日出版的《自然—通讯》杂志上。
高温超导是一种物理现象，通常指一些具有比其他超导物质更高临界温度的物质在液氮
环境下产生的超导现象。而高温超导体是指无需加热就能够在液氮温度下导电且不会损
失能量的材料，其通常也指在液氮温度以上超导的材料。它们目前被用于低损耗输电，
并可作为量子计算机等下一代设备的基础构件。
人们在1911年发现超导体的时候，就被其奇特的性质，即零电阻、反磁性和量子隧道效
应所吸引。但在此后长达75年的时间内，所有已发现的超导体都只能在极低的温度下才
显示超导。另外，只有特定的铁化合物和铜氧化物才显示出高温超导特性，但铜氧化物
却具有完全不同的结构以及复杂的化学组成，使其无法与一般的半导体相结合，因此这
种化合物的实际应用也深受限制，而探索它们所能产生的新效应也变得尤为重要。例如
，观察材料的邻近效应，即一种材料中的超导性会引发其他邻近的普通半导体也能产生
超导现象。由于基本的量子力学要求两种材料要进行近乎完美的接触，因此上述情况很
难发生。
利用超导体的抗磁性可以实现磁悬浮
研究小组负责人、该校的物理学家肯尼斯•博奇谈道：“通常情况下，半导体和
超导体之间的交界面材料需经过复杂的生长过程才能形成，制造的工具也要比人的头发
更为精细。而这个界面正是此次试验中透明胶带的附着地。”研究团队使用了透明胶带
和玻璃载片来放置高温超导体，使其接近一种特殊类型的半导体——拓扑绝缘体。拓扑
绝缘体能像大部分的半导体一样，其表面十分具有金属质感，允许电荷移动。这是因为
在拓扑绝缘体的内部，电子能带结构和常规的绝缘体相似，其费米能级位于导带和价带
之间。而在拓扑绝缘体的表面存在一些特殊的量子态，这些量子态位于块体能带结构的
带隙之中，从而允许导电。因此也在这种新奇的半导体内首次诱发了高温超导现象。
相关：室温超导，美科研人员取得理论性突破
室温超导(room-temperaturesuperconductivity)自1911年发现无阻抗电力传导理论以
来，就一直是科学界致力研究的题材。但遗憾的是，到目前为止研究人员尚未找到能够
解释为何某些材料可在较高温度展现超导电特性的理论框架。
2010年8月，美国能源部旗下的橡树岭国家实验室(OakRidgeNationalLaboratory)声称
，他们已经找到了为何某些材料能在实验中以较高温度展现超导特性的理论性解释；这
个发现可望为室温超导材料的研究开启新机。
橡树岭实验室的研究人员ThomasMaier表示：“我们发现，电子密度中的条纹状不均匀
性(inhomogeneities)──该部份所带的电荷较少──能在较高的温度下增强超导电性
。”
在实验中，研究人员发现超导体通常会显现电荷密度的变异性，这促使他们重新编写超
导铜化合物(即cuprate，铜氧化物)的数值哈伯模型(Hubbardmodel)，将原本的同质性(
homogenous)改为有不同型态的不均匀性。
橡树岭的研究人员发现，该不均匀性是呈平行条纹状排列，并相隔数个原子层；但当温
度升高到接近室温，完全随机的不均匀性倾向抑制材料的超导电性。
接下来，研究人员将针对除了条纹状的不同型态的均匀性进行研究，以了解是否其他图
案的不均匀性具备实现室温超导的关键；目前相关研究仍在理论阶段，要达到更进一步
的成果，还得仰赖其他各方为实现室温超导所尝试的不同拓墣架构研究。 |
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