爭議未止 為何超導研究仍是「黃金時代」?

編譯/高晟鈞

上週<<Nature>>雜誌撤稿並駁回了有關室溫超導性的最新主張。該論文主張,他們已經製造出一種可以導電、不產生廢熱且無須特殊製冷的材料。這也不禁令人回想起幾個月前,在網路上瘋傳的,在各大領域引起廣泛討論的LK-99

超導體(Superconductor),指可以在特定溫度以下,呈現電阻為零的導體。(圖片翻攝自 nature)

儘管接連兩項有關超導體的研究都被駁回,但相關領域的研究員Lilia Boeri卻表示,超導領域正迎來他的「黃金時代」。人們的焦點主要集中在一種名為「超級氫化物」的材料。只要在高壓下,這種材料就能表現出超導性。

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衝浪的電子

當固體中的電子結合形成「庫柏對」時,就會展現超導性。這將使得比平常更多的電子能夠在材料內同步移動,使電子可以產生電流卻不產生廢熱。

大多數由單一元素製成的超導體,都需要低於10開爾文的溫度才能表現出超導性。先前最高的是在2001年發現的二硼化鎂,可以在39開爾文轉變為超導體。

超級氫化物的基礎是在2004 年奠定的,由已故理論物理學家Neil Ashcroft提出。Neil認為某些元素會與氫形成化合物,如果在足夠的壓力下迫使氫發生超導,這種化合物可以在比任何其他材料高得多的溫度下實現超導性。但這有理論卻有一個極大的限制,一些材料需要與地核相當的壓力。

模擬對於材料發展的重要性

理論、模擬、材料合成是材料學的三大支柱,其中模擬技術與材料的進步速度息息相關。從2000年開始,科學家不斷地進行模擬預測,從2004年超級氫化物理論的提出,到2015年證明硫化氫是超導體(250開爾文下),顯示了模擬預測與結果的一致性。

材料學演算法的先驅Artem Oganov表示,如果沒有結構預測的快速發展,超級氫化物超導體的發現,可能再過一個世紀也不會發生。

超導體再度引起重視

2019年一些新的非常規超導體的發現重新燃起了人們對於超導體的熱情,像是「鎳酸鹽」超導體。這是基於在超級氫化物出現前,溫度最高的「酮酸鹽」超導體為基礎進行的相關研究。

無論是傳統還是非常規的超導體,找到一種在環境條件下(室溫常壓)工作的超導體很可能是不可能的。然而,即使是如此,超級氫化物的突破仍舊鼓舞人心,目前也並沒有任何原因證實室溫超導體的不可能性。

「現在確實是超導體探索的黃金時代。」Paul Canfield,一位來自美國的物理學家總結道。

資料來源:nature

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