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。——

韩国科学家声称发现世界首个室温常压超导体 LK-99

韩国科学家声称发现世界首个室温常压超导体LK-99该材料被命名为LK-99，是一种参铜铅磷灰石，呈现六方晶体结构，超导临界温度最高126.85°C(400K)。作者通过零电阻转变与迈斯纳效应的测量证实了该材料的超导性(并附上了悬浮视频)。论文中详细介绍了材料的合成方法，条件与过程十分简单，因此很快就能被人验证。https://arxiv.org/abs/2307.12037投稿：@ZaiHuaBot频道：@TestFlightCN

中国科学家独立发现全新高温超导体 实现超导只需-192℃

中国科学家独立发现全新高温超导体实现超导只需-192℃超导领域已经产生5个诺贝尔奖，中国科学家也在超导领域获得了一次国家自然科学一等奖、一次国家最高科学技术奖。王猛教授团队历时三年，成功获得了镍氧化物La3Ni2O7单晶，并确定它能在压力下实现超导，转变温度高达80K(零下192摄氏度)，达到了液氮温区(零下196摄氏度)。它也成为铜氧化物高温超导体之外，完全不同体系的高温超导体，而且电子结构、磁性与铜氧化物完全不同，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。《自然》杂志审稿人也高度评价了这一成果，认为它“具有突出重要性”，“是开创性的发现”。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1370677.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1370677.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

自然杂志：科学家迄今为止未能证明韩国团队的 LK-99 材料是室温超导体

自然杂志：科学家迄今为止未能证明韩国团队的LK-99材料是室温超导体一个韩国团队声称发现了一种在室温和环境压力下工作的超导体，这一消息引起了广泛关注，并促使科学家和业余爱好者进行了大量的复现工作。但最初在实验和理论上重现这一值得关注的结果的努力却未能成功，研究人员仍然深感怀疑。由首尔初创公司量子能源研究中心的SukbaeLee和Ji-HoonKim领导的研究小组在7月1日25日发表的预印本中表示，一种由铜、铅、磷和氧组成的化合物，被称为LK-99，在环境压力和温度高于127°C（400开尔文）时是超导体。研究小组声称，样品显示出超导性的两个关键迹象：零电阻和迈斯纳效应，其中材料排出磁场，导致样品悬浮在磁铁上方。以前的努力仅在极低的温度或极高的压力下在某些材料中实现了超导。尚未证实任何材料在环境条件下是超导体。首次复现LK-99的尝试在最近几天的报道中并没有改善该材料的前景。这些研究都没有直接证据表明该材料具有超导性。（韩国团队未回应《自然》杂志的置评请求。）印度新德里国家物理实验室和北京北航大学的两个独立实验团队分别报告说，他们成功合成了LK-99，但没有观察到超导性的迹象。中国南京东南大学的研究人员进行的第三个实验在LK-99中没有发现迈斯纳效应，但在-163°C（110开尔文）时测得LK-99的电阻接近零——这远低于常温，但对于超导体来说却很高。理论学家也加入了争论。几个理论研究使用了一种名为密度泛函理论（DFT）的计算技术来计算LK-99的电子结构。DFT计算表明LK-99可能具有有趣的电子特性，在其他材料中，这些特性与铁磁性和超导性等行为有关。但是没有一项研究发现LK-99在常规条件下是超导体。复现尝试的有限成功并没有平息网上的猜测。尽管许多材料（包括石墨烯、青蛙和钳子）都可以表现出类似的磁性行为，但未经证实的样本视频（据称是由于超导性而悬浮）已作为“证据”流传开来。——（nature）