近日,中山大学物理学院王猛教授团队的一项重大突破引起了科学界的广泛关注和赞赏。他们在全球率先发现了一种新型的高温超导材料——液氮温区镍氧化物超导体。这一发现有望推动高温超导研究的进一步发展,并在科技应用方面带来革命性的突破。
超导材料是一种特殊的材料,它在低温下可以让电流无损耗地流动,而且还能排斥外部磁场。这意味着它可以实现高效率、低耗能、无噪音、无污染的电力传输和储存,也可以制造出强大的磁场和精密的仪器。例如,利用超导材料可以制造出高速磁悬浮列车、粒子加速器、核聚变反应堆、医学成像设备等等。
相比之下,传统的超导材料需要极低的温度才能实现超导效应,这增加了成本和技术难度。因此,科学家们一直在寻找能够在相对较高温度下实现超导电性的材料,即高温超导材料。液氮温区镍氧化物超导体具有令人兴奋的应用前景,其中一些可能彻底改变我们的生活:
1. 交通运输:利用液氮温区镍氧化物超导材料可以制造高速磁悬浮列车。这种列车可以在没有轨道和摩擦的情况下以超过600公里/小时的速度运行,要知道现在最快的高速高铁也才刚突破450公里/小时。将大大缩短旅行时间和成本,同时减少噪音和污染。无疑最受打击的应该是飞机了,那时你还会选择坐飞机吗。这种列车已经在日本、中国等国家实现了试运行,未来有望在更多国家和地区普及。
2. 医疗健康:利用液氮温区镍氧化物超导材料可以制造更先进的医学成像和治疗设备,例如核磁共振成像(MRI)和放射治疗。这些设备可以利用强大的磁场和精确的电流对人体内部进行高分辨率的观察和干预,从而提高诊断和治疗的效果和安全性。这些设备已经广泛应用于医院和诊所,未来有望进一步提升其性能和降低其成本。
3. 能源环境:利用液氮温区镍氧化物超导材料可以制造更高效的能量传输和储存系统,例如超导电缆和超级电容器。这些系统可以实现无损耗、无噪音、无污染的电力输送和储备,从而节约能源资源,减少碳排放,保护环境。这些系统已经在一些国家和地区进行了试验和部署,未来有望在更广泛的范围内推广。
目前,人类已经发现了几种高温超导材料,其中最常见的是铜氧化物高温超导体。这种材料在1986年被发现,是第一种能够在液氮沸点(零下196摄氏度)以上实现超导电性的材料。然而,铜氧化物高温超导体的结构复杂,其超导机理仍然是物理学中最重要的未解之谜之一。
这次发现的液氮温镍区氧化物超导体是人类目前发现的第二种液氮温区非常规超导材料。它能够在液氮沸点以上实现超导电性。这一突破性的基础研究发现有望推动高温超导机理的解析,为设计和预测高温超导材料提供可能性,进而实现更广泛、更大规模的产业化应用。
通过比较镍氧化物和铜氧化物这两种不同类型的高温超导体,科学家们有望找出高温超导的共性和特性,从而揭示高温超导的本质。这将为设计和预测新的高温超导材料提供理论指导,也为实现更广泛的超导应用提供材料基础。
王猛教授团队经过三年的努力,成功合成了一种名为La₃Ni₂O₇的新型材料单晶样品。在常压下,这种材料是绝缘体,但在施加14GPa的压力后,它会转变为超导体,并且其超导转变温度高达80K,超过了液氮沸点(77K)。王猛教授团队目前正在努力生长出能够在常压下达到液氮温区超导的镍氧化物超导体,以期进一步推动高温超导研究的发展。
我国在高温超导领域一直处于世界领先地位。我国科学家不仅在铜氧化物高温超导体方面取得了重要进展,还首次发现了铁基高温超导体和镍氧化物高温超导体。这些发现都是我国科学家在基础研究领域的创新贡献,也为我国科技创新和社会发展提供了强大动力。
常温超导的落地实用有着非常巨大的作用,走在前面意味着各种专利和技术的垄断,因此在全球的竞争都非常的激烈。然而国外在高温超导领域并没有取得突破性进展。虽然国外也有一些团队在研究镍氧化物超导体,但他们都没有发现液氮温区非常规超导电性。他们只能通过复杂的实验手段,在极低温度下观察到一些微弱的信号。这说明他们对于镍氧化物超导体的理解和掌握还很不充分。
我们期待着王猛教授团队在高温超导领域继续取得更多更好的成果,为人类探索自然奥秘、推动科技进步、造福社会发展做出更大的贡献!这项发现为高温超导研究开辟了新的方向,也为科学家们提供了更多探索的可能性。