當前位置:首頁>科技>首個天然礦物中的非常規超導性
發布時間:2025-10-21閱讀(5)
|
超導體是一種在極低溫下表現出零電阻和完全磁通排斥的物質。這意味著,當超導體處于超導態時,電流可以無阻礙地在其中流動,而且磁場無法穿透其內部。超導體的這些特性使得它們在許多領域具有重要的應用,包括磁共振成像(MRI)、磁懸浮列車、高能物理實驗等。 BCS理論是超導體領域中最重要的理論之一,它由約翰·巴丁(John Bardeen)、列昂尼德·庫珀(Leon Cooper)和羅伯特·施里弗(Robert Schrieffer)于1957年提出,他們因此獲得了1972年的諾貝爾物理學獎。BCS理論是對超導現象的微觀解釋,它基于量子力學原理,尤其是電子的波動性和電子-聲子相互作用。 在BCS理論中,超導體的超導性質主要歸因于電子之間的庫珀對形成。庫珀對是一種由兩個電子組成的配對,這種配對的形成是由于晶格內部的聲子振動引起的。晶格振動會在晶格內部產生一個準粒子,被稱為庫珀對。這個概念的關鍵在于,由于庫珀對內部電子之間的相互作用,它們會以一種集體的方式協同運動,使得整個系統的自由能降低,從而產生超導現象。 BCS理論的提出極大地推動了對超導體的理解和應用,但它并不能完全解釋所有超導體的現象。近年來,科學家們發現了一些新型超導體,其超導機制與傳統的BCS理論不同,被稱為“非常規超導性”。非常規超導性是凝聚態物理學中一個重要的研究領域,其機制尚未完全闡明。研究新型非常規超導材料,對于理解超導性機制和開發新型超導應用具有重要意義。 此前,非常規超導性只在實驗室人工合成的材料中被觀察到。直到最近,一項突破性的發現徹底改變了這一局面:科學家們在一種名為黝簾石的天然礦物中發現,它在5.4開爾文的低溫下表現出超導性,并且找到了非常規超導性的確鑿證據。該論文已發表在《Communications Materials》雜志上。
黝簾石是一種稀有的礦物,存在于某些巖層中,其化學式為 Rh17S15。為了探究黝簾石的超導特性,研究人員對其進行了低溫測試。其中一項關鍵測試是測量倫敦穿透深度,該深度代表了弱磁場能夠進入超導體內部的程度。在傳統超導體中,倫敦穿透深度在低溫下保持恒定。然而,在黝簾石中,倫敦穿透深度卻隨著溫度的變化而變化,這正是非傳統超導性的標志性特征。摘自: www.ws46.com 具體來說,Rh17S15中的倫敦穿透深度隨溫度的變化Δλ(T)在低于0.3Tc的溫度范圍內呈線性關系,即Δλ(T)與溫度成正比。這種T-linear的行為表明Rh17S15的超導態具有節點超導性,類似于高溫銅氧化物中的實驗觀察結果。這種溫度依賴性延伸到非常低的溫度,表明樣品處于潔凈極限狀態。實驗結果還表明Rh17S15的超導態特征由單一能隙決定,與熱容測量的結論一致。通過對超流體密度的分析,發現Rh17S15中存在具有線節點的能隙結構。 這一發現具有重要意義,首先它表明非常規超導性并非局限于實驗室合成材料,也存在于自然界中,這將極大地拓展我們尋找新型超導材料的視野。其次,研究黝簾石超導性機制,有助于我們更深入地理解非傳統超導性這一物理現象,并為開發更高臨界溫度的下一代超導材料奠定基礎。 盡管這項發現令人振奮,但仍有許多問題需要進一步探索。例如,天然黝簾石中可能存在影響其超導特性的雜質,因此研究純合成形式的黝簾石對于進一步研究至關重要。 |
Copyright ? 2024 有趣生活 All Rights Reserve吉ICP備19000289號-5 TXT地圖HTML地圖XML地圖