|室温超导问世,常温常压的超导体还会远吗?
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最近 , 物理界发生了一件震惊众人的大事 。
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闻听此言 , 吃瓜群众连手中的瓜都惊掉了 。
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为什么这件事情引起如此大的关注呢?这要从超导体的应用说起 。
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所以电阻会消失的对吗?
超导体:是的
【|室温超导问世,常温常压的超导体还会远吗?】
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根据物质的导电性能 , 可以将其分为导体、半导体和绝缘体 。
在导体中 , 存在大量可以自由移动的带电粒子 , 他们可以在外电场的作用下自由移动 , 形成电流 。
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导体中自由的电子 | 图片来源
在绝缘体中 , 电子则被束缚在原子周围 , 不能自由移动 。
半导体则介于二者之间 。
自由如导体 , 电子在运动的过程中也会受到原子的散射 , 产生电阻 。
当温度降低到一定程度时 , 一些物质会进入一种奇妙的状态——超导态 。 此时电阻消失了 , 电子在其中无阻碍地运动 。 这个温度称为超导转变温度 。
这个特性使得超导在应用方面大有作为:没有电阻就不会产生焦耳热 , 因此可以应用于大规模集成电路 , 建设超导计算机;能够承载较大电流而不会有电流损耗 , 可以制作高压输电线、超导电机等 。
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超导电机 | 图片来源
除此之外 , 超导体还有两个特征:完全抗磁性和约瑟夫森效应 。
普通导体处于磁场中时 , 其体内会产生一个感应磁场 。 而处于超导态的物质 , 无论外磁场如何变化 , 其体内的磁感应强度一定为零 。
我们熟悉的磁悬浮列车就利用了这个特性 。 超导线圈可以承载很大的电流 , 形成强大的超导磁体 。 列车和轨道上分别装备有超导磁体 。 当存在外磁场时 , 由于完全抗磁性 , 超导体内部会产生一个相反的磁场 , 使超导体内部的总磁感应强度为零 。 由此产生的斥力可以使沉重的列车悬浮在空中 。 通过改变轨道上磁场的取向 , 可以使列车保持向前运动 。
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超导电力悬浮系统 | 图片来源
约瑟夫森效应是指两个超导体间隔很近 , 中间可以视为绝缘层 , 当距离近至原子尺度时 , 超导体中的电子对就可以越过绝缘层 , 产生超导电流 。 利用约瑟夫森效应可以制作超导量子干涉仪 , 用于测量非常微小的磁信号 。
既然处于超导态的材料有这么多用途 , 为何没有广泛应用于生活中呢?
因为只有在特定温度之下 , 材料才会进入超导状态 。 这个临界温度非常低 , 往往为几十开尔文(大约零下二百多度!) , 这在日常生活中非常难达到 , 阻止了超导材料的大规模应用 。
所以大家应该明白 , 为什么室温超导能让那么多人心中振奋了吧!
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高压室温超导
是如何实现的?
回到这个举世瞩目的成果 。 本次出现高温超导的材料为碳(C)、氢(H)和硫(S)的化合物 , 其电阻随温度变化的曲线如下图:
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