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中国科技网讯 据物理学家组织网9月12日(北京时间)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。 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。(记者 张巍巍) 总编辑圈点: 透明胶带和高温超导,这两个看似风牛马不相及的东西,却神奇地联系到了一起,让我们不得不惊叹科学家的非凡想像力。超导技术作为21世纪的宠儿,其发展、应用和普及将在世界能源方面发挥不朽的作用,将为世界免去大量不必要的边缘耗散。如果这些能量被合理利用,对人类的发展不可谓不大。超导材料的普及必将是一场材料大革命,其意义并不会亚于其他科技革命。而文中所述的研究发现,或将超导材料的应用普及引入“快车道”。 《科技日报》(2012-9-13 一版)
2012年06月29日 来源: 中国科技网 作者: 常丽君 本报讯在 某些超导体中,运动电子的性质极为奇特。它们好像比真空中的自由电子重1000倍,但同时电子运动却是毫无阻力的。据物理学家组织网近日报道,美国普林斯顿大学领导的一项最新研究显示,产生这种现象是由于“量子纠缠”的过程,该过程决定了晶体中运动电子的质量。这一发现有助于人们理解超导性的成因,并有望在提高电网效率、加快计算速度等方面获得应用。相关论文发表在近日出版的《自然》杂志上。 将电子冷却到超低温形成某种固体物质时,这些极轻的粒子就会增加质量,好像变成了重粒。把它们冷却到接近绝对零度时,这种固体就有了超导性。其中的电子尽管很重,却能毫无阻力地流动,不会浪费任何电能。 研究小组还包括洛斯阿拉莫斯国家实验室(LANL)和加州大学欧文分校的科学家,他们利用专门设计的低温扫描隧道显微镜(STM)拍摄晶体中的电子波。晶体经过了处理,表面包含一些原子瑕疵。他们将温度降低到实验需要,观察到了电子波纹,这些波纹围绕着瑕疵之处扩散开来,就像在池塘里投入石头散开的涟漪。 “这是首次获得重电子形成的精确画面。在降低温度时,我们看到晶体中的运动电子演变成了更重的粒子。”领导该研究的普林斯顿大学物理学教授阿里·雅兹达尼说。他们通过直接拍摄的电子波图像,不仅看到了电子质量是怎样增加的,还看到了重电子是由两个纠缠电子构成的复合体。 他们还把实验观察和理论计算数据进行了对比,解释了电子为何会出现这种性质。由于量子纠缠,电子糅合两种截然相反的行为。在晶体中,重电子产生于两个行为相反的电子的纠缠,其中一个被困住绕着一个原子,而另一个在各个原子之间自由地跳跃。 研究人员解释说,量子力学原理控制着微小粒子的行为,形成了量子纠缠,这一过程决定了晶体中运动电子的质量。轻微调整这种纠缠,就能极大地改变材料的性质。而纠缠度是决定重电子形成和进一步冷却时行为表现的关键。调整晶体的成分或结构,就能调整纠缠度和电子重量。如果让电子太重,它们就会被冻成磁化状态,黏在每个原子旁边,以相同的方向自旋。但如果只是轻微调整,让电子获得合适的纠缠数量,这些重电子就会在冷却时变成超导体。“我们的研究证明了,只有当处在‘迟缓’和‘迅速’这两种行为的边界时,才能获得超导性。这是最有利于产生重电子超导性的条件。”雅兹达尼说。 许多磁性材料在它们的成分或晶体结构发生了微妙改变之后,变成了超导体。哈佛大学理论物理学家苏伯·萨奇戴伍说,该实验有助于揭开高温超导的秘密,理解这种磁性和超导性之间的转变,即量子临界点,有助于解释物质为何会具有超导性。(常丽君) 《科技日报》(2012-06-29 二版)
最近韩国人发表了"室温常压超导体"LK-99的文章:[url]https://arxiv.org/abs/2307.12008[/url]根据文中的描述:LK-99是一种"Lead Apatite"(铅磷灰石结构)。其实磷灰石结构并不新鲜,骨头的主要成分就是羟基磷灰石。我在找到一个类似的结构: (Sr,Pb)[sub]10[sub]?[/sub][/sub]?(PO[sub]?4[/sub])[sub]?6 [sup]?[/sup]?[/sub]?(OH)[sub]?2 [sup]?(这张PDF卡的原文在这:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0025540808004194?via%3Dihub。 作者是南京航空航天大学的朱孔军(音),文中未提到任何材料超导性)。我将该结构的Sr位代回Pb, 用TOPAS 计算出XRD衍射图,跟韩国人的原文LK-99的XRD相差无几:[img=,690,533]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/07/202307302226389758_5524_1986542_3.png!w690x533.jpg[/img]本帖视频是这个Pb[sub]10[sub]?[/sub][/sub]?(PO[sub]?4[/sub])[sub]?6 [sup]?[/sup]?[/sub]?O[sub]?2[/sub]可能的3D晶体结构,与原文中发表的LK-99的二维晶体结构类似。附件是本贴猜测的LK-99的晶体结构。下面贴出原文中提到的两种中间体的XRD图,以及它们的cif,方便大家重复实验的时候对照。[img=,690,328]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/07/202307302253060227_3167_1986542_3.png!w690x328.jpg[/img]-- Cu3P[/sup][img=,690,331]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/07/202307302308045959_8586_1986542_3.png!w690x331.jpg[/img]--Pb2(SO4)O[/sub]