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说到超导现象,首先要科普下电阻的概念。
一般的,当金属中的自由电子在有电压时,会在带正电的原子晶格点阵中整体产生定向漂移形成电流。
而通常情况下,带正电的原子晶格,会存在热振动以及杂质和缺陷,由于原子与电子间的电磁性相互作用会干扰电子的集体漂移,从而对电流产生阻碍,即有电阻效应。
但科学家们发现,在超导体中,自旋相反、动量相反的一对电子会被因为间接与原子晶格交换能量,从而形成“库珀对”
,大量的库珀对会因为量子相干效应产生集体凝聚的波,而这种波的空间尺度要远大于原子晶格点阵,从而可无阻碍地穿越晶格,实现零电阻状态。
“库珀对”
就仿佛是电子组合在一起舞蹈,但随着温度升高,原子热振动会逐渐破坏库珀对,故而温度越高,超导现象越难保持,电阻又会重新出现。
那么常温或者高温的情况下,电子库珀对,是否也能有办法保持稳定存在呢?
科学家们也想到了办法,因为最轻的元素——氢原子,能提供更强有力的让电子配对“胶水”
。氢原子体积和质量又都很小,能使得电子在晶格点阵中距离更近,电子与原子热振动的耦合也更强,库珀对结合更为紧密,这样能使凝聚的宏观量子波传播更快更远,从而实现室温超导特性。
但该方法需要施加上千万个的大气压,条件非常苛刻,即便采用氢的化合物,也依然要施加100万~200万个的大气压,证明这条路线基本走不通。
另外在磁约束核聚变的研究中,科学家们发现,在上亿度高温的等离子体流中,也存在难以解释的超导现象,但对实现可控核聚变却非常有利。
而在前些年,龙国有位叫李源的年轻科学家,将两层石墨烯以一定角度旋转,并堆叠在一起时,会产生超导现象。并且他还研究了在扭曲角度下双层石墨烯中的超导性,发现随着扭曲角度的变化,超导性也会变化——他的这些发现,在科学界引起了不小轰动,被认为是诺奖级的发现。
去年棒国的一个科研团队,利用Pb-Cu-P-O材料,在常压100多度的温度下,实现了超导现象,论文发布后,有不少科研团队成功复现,全球舆论都为之欢呼,虽然最终被证伪,但依然是重大科技发现。
综上所述。
在超导研究领域,科学家们已经知道了超导现象产生的表层原理,却始终无法破解该现象的核心原因,如同一位蒙着面纱的美女,虽然都知道美人很美,但就是难以揭开那层面纱,还有许多地方琢磨不透。
比如量子库伯对为何会形成?
材料内部结构对库伯对的影响?
以及存在原子热振动的情况下,如何避免库伯对被破坏?
对这几个核心的问题,目前地星上的科学家们,没有一个实现解决——如果能解决哪怕一个,都是了不得的重大突破,都可以用好几个诺奖去衡量。
但这里面涉及到了量子力学、基础模型理论、材料结构等方方面面的知识,如果不能在这些基础理论层面也取得突破,想揭开超导现象的面纱,依然是难以触及之事。
不过对叶云明而言。
以上问题全都不是问题。
他只要意念进入大脑的‘思维殿堂’中,找到其中一个白色光团,只要其标题信息为《高温超导量子库伯对的结合原理》,然后关于超导现象的所有知识与原理,都会为他了解和掌握。
借助这个白色光团。
理论上,不管在什么温度下超导材料,他都能想出办法进行合成。
就算是常温条件下的超导材料,研制成功也没问题,只是合成过程会极其复杂,成本极高,还得在几十万个大气压强下使用,才具有超导特性,毫无性价比可言。
而当前的超导材料领域中,限制超导材料得到大规模应用的,从来不是温度因素,因为-196℃的液氮,就能解决大部分超导材料需要的低温环境,利用液氮制冷不难。
但大部分的超导材料,由于是复杂化合物的缘故,有的如风化石般脆弱,有的难以粘合成整体,有的导电能力弱(0电阻不代表导电性强),有的无法加工成导线,没有延展性可塑性,一掰就断。
还有合成成本极高等。
而最完美的超导材料,它的工作温度可以在零下两百度附近,温度低点没问题。
但必须要较低的生产成本。
要具有强大的导电能力——即库伯对的流动通道要多。
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