中国科学家发现液氮温区镍氧化物超导体 有望破解高温超导机理

中国科学家发现液氮温区镍氧化物超导体有望破解高温超导机理《自然》杂志7月12日刊登中山大学王猛教授团队与其他单位合作的成果：首次发现液氮温区镍氧化物超导体。这是由中国科学家首次率先独立发现的全新高温超导体系，是人类目前发现的第二种液氮温区非常规超导材料，是基础研究领域“从0到1”的重要突破，将有望推动破解高温超导机理，使设计和预测高温超导材料成为可能，在信息技术、工业加工技术、超导电力、生物医学和交通运输等领域，实现更广泛的应用。——

科学家宣布造出"室温+1万个大气压"超导体 论文将面临严格审查

科学家宣布造出"室温+1万个大气压"超导体论文将面临严格审查许多材料都可以成为超导体，只要它们被冷却到非常低的温度，就能够在没有电阻的情况下传输电力。虽然有些超导体可在较高的条件下工作，但它们必须承受极大的压力，这意味着它们无法在实际中应用。现在，研究人员表示，他们已经创造出了一种在室温和相对较低压力条件下工作的超导体。超导体在常规条件下工作，可能预示着一个高效率机器、超灵敏仪器和革命性电子产品的新时代即将到来。纽约罗切斯特大学的物理学家兰加·迪亚斯（RangaDias）在3月7日的美国物理学会会议上说：“这预示着，对实际应用有用的新型材料已经出现。”RangaDias图片来源：罗切斯特大学官网这种超导体是由氢、氮和镥组成的材料。迪亚斯和他的同事们将这些元素混合在被称为金刚石压腔（diamond-anvilcell）的装置中。然后，他们改变了压力，并测量了化合物中的电流阻力。在约21摄氏度条件下，这种材料似乎失去了任何对电流的阻力。它仍然需要10千巴的压力，这大约是大气层压力的10000倍。但这远远低于在室温超导体通常所需的数百万个大气压。如果这项研究结果得到证实，这将使这种材料更有希望应用于现实世界。不过，这项研究可能会面受到严格审查，部分原因是该团队早些时候发表过论文，声称在15摄氏度下发现了碳质氢化硫的超导电性，这篇文章引发了轩然大波。《自然》杂志的编辑不顾迪亚斯及其合著者的反对，最终撤回了这篇论文，理由是研究人员在数据处理方面存在违规行为，这削弱了编辑们对这些研究结果的信心。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1348469.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1348469.htm

科学家发现第一种存在于自然界的非常规超导体：密硫铑矿

科学家发现第一种存在于自然界的非常规超导体：密硫铑矿保罗-坎菲尔德（PaulCanfield）培育的密硫铑矿晶体图片。资料来源：美国能源部埃姆斯国家实验室研究小组对密硫铑矿的研究发现，它是一种非常规超导体，具有与高温超导体类似的特性。他们的发现进一步加深了科学家们对这种超导性的理解，这可能会在未来带来更可持续、更经济的基于超导体的技术。超导电性是指材料能够导电而不损失能量。超导体的应用领域包括医疗核磁共振成像仪、电力电缆和量子计算机。传统的超导体很好理解，但临界温度较低。临界温度是一种材料成为超导体的最高温度。20世纪80年代，科学家发现了非常规超导体，其中许多的临界温度要高得多。据艾姆斯实验室的科学家鲁斯兰-普罗佐罗夫（RuslanProzorov）称，所有这些材料都是在实验室中培育出来的。这一事实使人们普遍认为，非常规超导并非自然现象。普罗佐罗夫解释说，很难在自然界中找到超导体，因为大多数超导元素和化合物都是金属，容易与氧气等其他元素发生反应。密硫铑矿（Rh17S15）是一种有趣的矿物，原因有几个，其中之一就是它复杂的化学式。直觉上，我们会认为这是在集中搜索过程中刻意制造出来的东西，不可能存在于自然界中。爱荷华州立大学物理和天文学特聘教授、艾姆斯实验室科学家保罗-坎菲尔德（PaulCanfield）在新型晶体材料的设计、发现、生长和表征方面拥有丰富的专业知识。他为这个项目合成了高质量的密硫铑矿晶体。坎菲尔德说："虽然密硫铑矿是在俄罗斯车里雅宾斯克州米亚斯河附近发现的一种矿物，但它是一种罕见的矿物，一般不会生长出形态良好的晶体。"密硫铑矿晶体是发现结合了高熔点元素（如Rh）和挥发性元素（如S）的化合物的更大努力的一部分。坎菲尔德说："与纯元素的性质相反，我们一直在掌握这些元素混合物的使用方法，使晶体能够在蒸汽压最小的情况下低温生长。这就像发现了一个隐藏的钓鱼洞，里面有很多大鱼。在Rh-S系统中，我们发现了三种新的超导体。而且，通过鲁斯兰的详细测量，我们发现密硫铑矿是一种非常规超导体。"研究小组专门研究低温超导体的先进技术。材料需要低至50毫开尔文，也就是约华氏零下460度。普罗佐罗夫的团队使用了三种不同的测试来确定密硫铑矿的超导性质。主要测试称为"伦敦穿透深度"。它确定了弱磁场从表面穿透超导体体的距离。在传统超导体中，这一长度在低温下基本保持不变。然而，在非常规超导体中，它随温度呈线性变化。这项测试表明，密硫铑矿具有非常规超导体的特性。研究小组进行的另一项测试是在材料中引入缺陷。这项测试是他的团队在过去十年中采用的一项标志性技术。它包括用高能电子轰击材料。在这个过程中，离子会被击离它们的位置，从而在晶体结构中产生缺陷。这种无序会导致材料临界温度的变化。传统超导体对非磁性无序并不敏感，因此这种测试将显示临界温度没有变化或变化很小。非常规超导体对无序非常敏感，引入缺陷会改变或抑制临界温度。它还会影响材料的临界磁场。研究小组发现，在密硫铑矿中，临界温度和临界磁场的表现与非常规超导体的预测一致。对非常规超导体的研究提高了科学家对其工作原理的理解。普罗佐罗夫解释说，这一点非常重要，因为"揭示非常规超导背后的机制是超导体经济合理应用的关键"。编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1423812.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1423812.htm

Nature发文：室温超导体将如何改变科学？

Nature发文：室温超导体将如何改变科学？答案取决于应用的领域，以及假设的材料是否还具有其他关键品质。但至少在一些科学领域中，尤其是那些使用强磁场的领域，更好的超导体可能会产生巨大的影响。超导体是一种在一定温度下能够无电阻传输电流的材料，因此不会产生废热。但所有已确认的超导体都只在低温或极端压力条件下或两者兼而有之的情况下才表现出这种特性。超导相变时热容（c(v)，蓝色）和电阻率（ρ，绿色）的行为这种材料在实验室中已随处可见，因为研究人员能够使用一系列技术来降低它们的温度，尽管这会增加实验的成本和复杂性。但在日常应用中，超导体的低温要求是一道难以越过的门槛。一个极端的例子是大型强子对撞机（LargeHadronCollider，LHC），它是欧洲核子研究中心（CERN）的加速器。为了让质子在27公里的圆圈内运动，大型强子对撞机利用温度仅为1.9开尔文（-271.25ºC）的超导线圈产生强磁场。要做到这一点，首先需要一个包含96吨液氦的低温系统。这是世界上同类系统中规模最大的。欧洲核子研究中心磁体研究员、核工程师LucaBottura曾表示，“如果我们不需要极端温度，工程设计就会大大简化。”因此，能在室温下或接近室温工作的超导体将迅速彻底改变许多科学领域。但科学还没那么快到达这一目标。量子问题以量子计算机为例，这项新兴技术有望解决经典计算机无法完成的某些任务。而构建量子计算机的主要方法之一是将信息存储在超导材料环中。量子计算机这些超导材料被冷却到接近绝对零度（-273.15ºC），然后被装在昂贵的、类似于俄罗斯套娃的设备中，这种设备被称为稀释冰箱。稀释冰箱在基于超导体的量子计算机中，温度升高哪怕是零点几度，性能也会迅速下降，其原因与超导性无关。超导量子计算的共同发明人中村泰信（YasunobuNakamura）认为，量子计算对任何类型的噪声都极为敏感，而热振动则是一个主要敌人，它会产生虚假的“准粒子（quasiparticles）”。他提到，在100-150毫开尔文左右，就可以看到热激发准粒子的对抗效应。在其他情况下，实验本身可能不需要极度低温，但超导体仍需要保持比其转变为超导时（即Tc）还要低得多的温度。超导体的物理特性各不相同。但在许多应用中，尤其是在高磁场磁体中，有两个特性至关重要：临界电流和临界磁场。这是因为超导电性不但会在温度升高时丧失，而且还会在材料被推动承载超过一定量的电流或暴露在足够高的磁场中时丧失。麻省理工学院的低温系统中包裹着具有高转变温度的超导体.Credit：DavidL.Ryan/TheBostonGlobeviaGetty最重要的是，临界磁场和临界电流都与温度有关：温度越低，材料所能承受的电流和磁场就越大。因此，虽然超导体的Tc很高，但这并不意味着它可以在低于Tc的任何温度下使用。在许多应用中，超导体的性能会随着系统温度的降低而提高。幸运的是，目前发现的最好的超导体，包括一类叫做铜氧化物（或铜酸盐）超导体的超导体，只要保持足够低的温度，也能承受非常高的磁场。在现场四年前，位于佛罗里达州塔拉哈西的美国国家高磁场实验室（NationalHighMagneticFieldLaboratory，NHMFL）曾使用一种铜氧化物来获得稳定（非脉冲）磁场强度的记录。NHMFL的超导线圈能产生45.5特斯拉的磁场，但前提是它们必须保持在液氦中，即低于4.2开尔文。NHMFL首席科学家、物理学家LauraGreene说：“我们使用高-Tc超导体不是因为它们的Tc值高，而是因为它们的临界磁场高。”美国另一个国家实验室，位于新泽西州的普林斯顿等离子体物理实验室（PrincetonPlasmaPhysicsLaboratory，PPPL）的机械和电气工程师YuhuZhai说：“如果你想要一个高磁场磁体，那就在尽可能低的温度下运行它，因为那是你获得超导性真正力量的地方。”欧洲核子研究中心正在探索未来粒子对撞机的选择，该对撞机最终以比大型强子对撞机高七倍的能量粉碎质子，物理学家们希望能在这个范围内发现新的基本粒子。欧洲核子研究中心的大型强子对撞机与超级质子同步加速器的地图要达到这些更高的能量，粒子必须使用更高的场或沿着更长的加速器环路进行加速，或者两者兼而有之。为了建造这样一台机器，物理学家梦想在大型强子对撞机旁边挖掘一条长达100公里的环形隧道。但即使有这么大的环形隧道，像大型强子对撞机那样的超导磁体，即带有铌钛线圈的8特斯拉怪兽也无法产生所需的磁场，估计至少需要16到18特斯拉。对此，Bottura认为，“在这一点上，我们显然必须转向其他材料。”目前的高Tc超导体可以实现这一目标，但可能需要将其保持在液氦温度下。中国提出的类似加速器：即环形电子-正电子对撞机，也将使用高Tc超导磁体。北京高能物理研究所所长王贻芳表示，他们考虑高温超导材料已经有一段时间了，主要是铜酸盐和铁基材料。临界电流然而，铜氧化物的超导体也有其他缺点：它们是脆性的陶瓷材料，生产成本高昂，也很难将其制造为电缆。此外，王贻芳也提到，这种材料的临界电流也太低。而另一类铁基超导体原则上性能更好，成本也只有氧化铜的一半。Bottura和其他人正在研究一种全新加速器的可行性。通过用μ介子（类似于电子但质量大207倍的粒子）取代质子，对撞机可以研究与100公里长的质子-质子对撞机相同类型的物理学。但研究对撞机的环要小得多，甚至可以放入现有的大型强子对撞机隧道中，让μ介子绕一圈并不涉及强度特别高的磁场。但问题是产生具有适当特性的μ介子束，可能需要高达40特斯拉的磁铁。在这种强度下，问题不再是超导体，而是如何保持线圈的位置，因为电磁线圈内的电流往往会将磁铁推开。而在40特斯拉的条件下，即使是最坚固的钢材也无法承受机械应力。相反，磁体可能需要使用碳纤维等更坚固的材料。(NHMFL磁体对强度的要求没有那么严格，因为它需要在只有几厘米宽的空间内产生高磁场）。因此，在质子对撞机和μ介子对撞机中，超导体将会发挥巨大作用，但也可能出现其他工程挑战。融合之旅然而，在另一类旨在利用核聚变能的机器中，结构强度已经成为了严重的制约因素。长期以来，一种既定的聚变方法是使用排列成圆环形状，也被称为托卡马克（tokamak）的磁体来限制等离子体，将等离子体加热到数百万度，将氢的各种同位素碰撞在一起。世界上最大的实验性托卡马克名为ITER，正在法国南部建设，它将使用大型液氦来冷却磁体并产生接近12特斯拉的磁场。但根据Zhai的说法，工业和公共资助的实验室都在努力设计基于高Tc超导体的托卡马克磁体。原因有很多，如更高的磁场可能会大幅提高聚变反应堆燃烧燃料的速率，从而在原则上提高可产生的能量，但从聚变中提取能量的许多关键步骤尚未得到证明。工业努力增加高Tc磁性材料产量的一个积极结果是让它们的成本降低了，但它们仍比铌-钛材料昂贵得多。此外，Zhai还表示，托卡马克最终应该放弃液氦冷却。一方面是因为冷却系统复杂难建，另一方面是氦作为稀缺资源，难以建造数百个使用液氦的ITER大小的反应堆。Greene认为，寻找更好的超导材料是一项高风险的任务，迄今为止成功的案例寥寥无几。尽管如此，她还是说到：“这是一项艰苦的工作，也是一项令人兴奋的、正在改变世界的工作。”参考资料：https://www.nature.com/articles/d41586-023-02681-8...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1388387.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1388387.htm

Nature：LK-99并不是一个超导体——科学研究是如何解开这个谜题的

Nature：LK-99并不是一个超导体——科学研究是如何解开这个谜题的LK-99是由铜、铅、磷和氧组成的化合物，曾被认为是一种突破性的室温超导体。然而，随着研究的继续，基本可以确定LK-99并非超导体，而是由杂质（尤其是硫化铜）引起的类似超导行为。北京和美国的多个研究团队的复制实验证实了LK-99没有超导性。最初的韩国团队观察到的悬浮现象被归因于铁磁性而非超导性。此外，使用精密X射线成像和纯样品合成对LK-99的结构进行的研究表明，该材料是一种绝缘体，具有轻微的铁磁性和抗磁性。LK-99中杂质的发现突显了仔细分析的重要性，以及研究固有材料性质所需的单晶体。LK-99的发现之旅迅速解决了一个备受关注的科学谜团，与几十年前发现的其他铜氧化物化合物等超导材料所引发的持续争论形成鲜明对比。参考：arXiv[；；；；；]；来源：投稿：@ZaiHuaBot频道：@TestFlightCN

韩国称合成首个室温常压超导体 中国概念股暴涨

韩国称合成首个室温常压超导体中国概念股暴涨韩国科学团队日前称实现在常温常压环境下合成超导体后，尽管国际学界还抱持怀疑态度，但仍带动中国相关的超导体概念股暴涨。据彭博社报道，韩国量子能源研究中心的团队7月22日在预印本网站arXiv上发表两篇论文，宣布成功合成世上第一个室温常压超导体“LK-99”，即在常压条件下，LK-99能够在127摄氏度以下表现超导特性。由于这一突破将彻底改变全球电力、交通、和晶片产业，这一宣布引领全球超导体概念股暴涨。韩国化学厂德成（Duksung）、超导线材制造商SuNAM、电子零件制造商ShinsungDeltaTech等企业，从星期二（8月1日）起连两天触及30%的涨停板；中国的金属及光通信厂江苏法尔胜以及合金厂创新新材料，也连续两天上涨10%；美国超导公司（AmericanSuperconductor）星期二收盘也大涨逾60%，尽管该公司根本没有营利。韩国团队在发表论文宣布成功合成室温常压超导体后，各国科学团队开始尝试通过韩国科学团队的方法进行实验，以验证其可行性。室温超导是物理学界长期以来的梦想之一。超导是物质的一种特殊状态，指导体在某一温度下，电阻为零的状态，这使得超导体可以无损耗地输电。但一直以来，导体需要被冷却至零下196摄氏度左右的极低温，并且需要施加极高的压力才能进入超导态，因此很难普遍运用到实际中。期刊《科学》（Science）在7月27日刊登的一篇报告指出，如果LK-99证实可行，将成为凝聚体物理学史上最重大的发现之一，为所有技术带来全面性革新，但报告也指出，LK-99的论文“欠缺细节，让物理学界普遍仍持怀疑态度”。据韩联社7月28日报道，该研究团队成员透露，相关论文其实还没有完成且“存在很多缺陷”，是一名团队成员未经其他作者许可擅自发表的，目前已要求网站下架论文。根据韩国团队作者们的说法，网上发表的室温超导论文其实尚未完成，团队还没有准备公开。...