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张家界警察称办案是为了搞钱:镧超氢化物在-23℃下的纳米管性质

兰加迪亚斯(Langa Dias)的这项新科学研究的总体目标是开发和设计室温超导材料。从迪亚斯实验室的这张照片可以看出,纳米管的特性目前只能在寒冷的自然环境中实现。在这张图片中,一块磁铁漂浮在被液氮冷却的超导体上

据海外新闻媒体报道,英国罗切斯特大学的技术工程师和科学家利用氡气在极高的工作压力下转化为简单的固体分子结构,首次在室内温度下创造出具有纳米管性质的原材料。这项科研是物理和机械自动化终身教授RangaDias进行的,最近成为《自然》 (Nature)杂志的封面故事。

超导体是指在特殊温度下电阻为零的电导体。零电阻和完全抗磁性是超导体的两个关键特性。迪亚斯指出,开发和设计室内温度超导材料是凝聚态物理的圣杯,学者们已经寻找了一个多世纪,这种原材料“一定会改变我们所知的世界”。

为了创造新纪录,迪亚斯和他的科研精英团队将氢、碳、硫结合起来,在金刚石压力室中通过光化学反应产生了一种简单的有机化学衍生碳硫氢化物。金刚石压力室是一种用于在极高的工作压力下测试极少量原料的科研机器和设备。

碳质硫氢化合物主要在约15和约2670亿帕的工作压力下表现出纳米管性质。这是人们第一次在室内温度下观察到超导现象。迪亚斯说:“由于超低温的限制,具有如此优异特性的原材料并没有像很多人想象的那样改变世界。众所周知,每个人的发现都将摆脱这一障碍,并显示出许多潜在应用的可能性。”目前还在参加罗切斯特大学管理科学与高能相对密度物理新项目。

可以理解,这种室内温度超导材料的潜在应用包括:

(1)没有电阻,电网在传输电磁能时可以将动能降低到2亿千瓦;

(2)开发和设计一种新的方法来推广悬浮列车和其他交通工具;

(3)促进医学影像和磁共振扫描仪的技术化,以及心磁扫描仪的发展趋势;

(4)高效开发设计电子设备数字逻辑和存储设备技术。

这项发现的联合编辑Askin Lecestre说:“如今,每个人都生活在一个半导体材料社会。有了这种技术,每个人都将进入纳米管社会,你不再需要给电池等东西充电。

用“皮升”(简称pL)精确测量金刚石压腔造成的超导材料量。一皮升就是一升一万亿元,大概是复印机单个喷墨打印机的墨点大小。

迪亚斯指出,下一个挑战是找到一种在较低工作压力下制造室内温度超导材料的方法,以降低成本和提高效率。相对于钻石压力室造成的数十亿Pa的工作压力,地球在水平面上的大气压(即标准大气压)只有101,325 Pa。

为什么室内温度很重要:

超导体在1911年第一次被发现,有两个重要的特征:第一,电阻完全消失;第二,它们是完全反磁性的,也称为迈斯纳效应。磁力线不能穿过超导体,所以必须在超导材料周围传输,使其漂浮。这种情况可以用于无摩擦轨道列车,即磁悬浮列车。如今,超导的应用已经非常普遍,功能强大的纳米管电磁线圈已经成为磁悬浮列车、磁共振成像(MRI)和核磁共振(NMR)设备、粒子加速器等优秀的技术核心部件,包括最初的量子技术高性能计算机。

众所周知,这类机械设备中使用的超导材料一般只在很低的温度下工作,——的温度比地球上所有东西的温度都要低。这种限制使得维护它们的成本非常高,并且不能扩展到其他潜在的应用。“将这种原材料保持在超低温的成本太高,无法充分利用它,”迪亚斯说。

在此之前,超导材料的最高温度是今年在法国马克斯普朗克有机化学实验室的米哈伊尔雷梅特实验室和伊利诺伊大学的拉塞尔赫姆利(RussellHemley)科学研究小组实现的。科研精英团队报道了氢化镧在-23时的纳米管性质。近年来,科研人员也探索了氧化铜和铁基化合物作为高温超导体的潜在可能性。然而,氢作为空间中最丰富多彩的元素,也是一种有前途的元素。

“要得到高温超导体,你需要更强的离子键和更轻的元素。这是两个非常基本的规格,”迪亚斯说。“氢是较轻的原料,共价键是最强的离子键之一。理论上,固体金属氢具有很高的德拜温度和很强的电子器件-声子耦合,这是室内温度纳米管必不可少的。”

众所周知,只有当纯氢转化为金属材料时,才需要非常高的工作压力。17年,美国哈佛大学的专家教授IsaacSilvera与当时在自己实验室为博士生做科研的迪亚斯合作,在实验室里第一次实现了这个总体目标。

“范式转变”

在罗切斯特大学的实验室里,迪亚斯在研究思路上追求完美,即应用一种替代的富氢原料,既模拟纯氢的纳米管相,又能在较低的工作压力下完成金属化。

起初,科研人员在实验室里将钇和氢结合在一起。所得的超酯化钇主要表现出超导性,当时的温度约为-11.1,工作压力约为1790亿帕。

接下来,科研人员探索了来源于共价键富氢有机化合物的原材料。他们认为,根据第三种元素——碳的加入,临界压力可以提得更高,因为碳可以与相邻分子产生强离子键。最后,这项工作的结果是一个简单的碳硫氢化物,它可以提高成品纳米管的温度到15。科研人员在报告中说:“碳的存在在这里也至关重要。”他们还表明,这种元素组成的进一步“组成调整”对于在更高的温度下完成纳米管性能可能是重要的。

但也有学者认为迪亚兹的测试标准很极端,也就是说间距的具体应用还是很长的。目前,迪亚兹和萨勒卡斯特已经成立了一家名为“地下材料”的企业,期待找到一种可以在正常工作压力和自然环境下大规模生产的室内温度超导材料。他们发表这篇论文后,坚信世界各国都会出现许多基础理论和实验工作组来补充这个难题的科学研究。(任何一天)

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