大自然隱藏的寶石  Miassite 揭開超導秘密

編譯/高晟鈞

艾姆斯國家實驗室的科學家發現了一種全新的天然礦物「Miassite」,展現出了與高溫超導體類日的特性,成為目前自然界中僅有的四種可以充當超導體的礦物之一。這項發現除了進一步加深了科學家們對超導性的理解,也可能為未來帶來更永續與符合經濟效益的超導技術。

超導性是指材料能在不損失能量的情況下導電,其應用包含了MRI核磁共振、電纜、量子電腦等。臨界溫度是材料充當超導體的最高溫度,然而一般超導體的臨界溫度(使物質由氣態變為液態的最高温度叫臨界温度)非常低,許多甚至接近絕對零度。

艾姆斯國家實驗室的科學家發現了一種全新的天然礦物「Miassite」。圖/截取自 ScitechDaily

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1980 年代,科學家發現了非常規超導體,其中許多具有更高的臨界溫度。艾姆斯實驗室科學家魯斯蘭·普羅佐羅夫表示,由所有這些材料都是在實驗室中生長的。這一事實導致人們普遍認為非常規超導性不是一種自然現象。

自然發生

我們在自然界中很難找到超導體,這是因為大多數超導元素與化合物都是金屬,容易與氧或其他元素產生反應。

Miassite(Rh17S15)是一種很有趣的材料,其複雜的化學是使我們認為這是一種進行其他實驗所得到的副產物。然而事實是,它可以真實存在於自然環境當中。Miassite首次被發現是在俄羅斯車里雅賓斯克州米阿斯河的附近,相當罕見且通常不會像形狀良好的晶體一樣生長,經測量發現,Miassite確實是一種非常規的天然超導體。

非常規超導體的表現

非常規超導體與超導體的區別主要體現在三個地方:弱磁場可以從表面穿透超導體塊體的距離、缺陷導致的臨界溫度變化、非磁性紊亂的敏感度。

透過「倫敦滲透深度」(London penetration depth)實驗,決定弱磁場可以從表面穿透超導體塊體的距離,而在非常規超導體的中,其溫度會產生線性變化,當團隊使用特殊技術,從而使晶體產生缺陷時,會引起材料臨界溫度的變化。

最後,傳統超導體中對非磁性紊亂(Non-magnetic disorder)十分不敏感,因此缺陷所造成的臨界溫度與磁場變化不明顯;相反地,Miassite則表現出與非常規超導體一致的特性。研究非常規超導體對於科學家們十分重要,因為這很可能是實現高溫超導的重要基礎。

資料來源:ScitechDaily

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