20 8 月, 2022

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物理学家在室温超导竞赛中取得进展

来自 UNLV 内华达极端实验室 (NEXCL) 的一组物理学家在他们的研究中使用了梅西砧电池,这是一种类似于图像的研究设备,以降低监测能够在室温下超导的材料所需的压力。 学分:图片由 NEXCL 提供

不到两年前,科学界对一种能够在室温下超导的材料的发现感到震惊。 现在,内华达大学拉斯维加斯分校 (UNLV) 的物理学家团队再次加大了赌注,以有史以来最低的压力重现了这一壮举。

需要明确的是,这意味着科学比以往任何时候都更接近于一种可用的、可重复的材料,这种材料有朝一日可以彻底改变能量的传输方式。

通过发现它成为 2020 年的国际头条新闻 首次实现室温超导 由 UNLV 物理学家 Ashkan Salamat 和同事、罗切斯特大学的物理学家 Ranga Dias 撰写。 为了实现这一壮举,科学家们首先将碳、硫和氢的化学混合物制成金属状态,然后在室温下使用极高的压力(267 吉帕斯卡)进入超导状态,这种条件只能在自然界中发现地球。

以不到两年的速度推进,研究人员现在能够以 91 吉帕的压力完成这项壮举——大约是最初报告的压力的三分之一。 新发现作为高级文章发表在该杂志上 化学通讯 这个月.

超级发现

通过对最初突破中使用的碳、硫和氢成分进行详细调整,研究人员现在能够在低压下生产一种保持其超导状态的材料。

“这些压力在实验室外难以理解和评估,但我们目前的课程表明,在持续的低压下实现相对较高的传导温度是可能的——这是我们的最终目标,”研究负责人说作者格雷戈里·亚历山大·史密斯。 UNLV研究生研究员 内华达州极端条件实验室 (内塞尔)。 “归根结底,如果我们想让设备对社会需求有用,我们必须减少制造它们所需的压力。”

尽管压力仍然很高——大约是你在太平洋马里亚纳海沟底部所经历的压力的一千倍——但它们继续朝着接近零的目标前进。 随着研究人员对构成该材料的碳、硫和氢之间的化学关系有了更好的了解,UNLV 的比赛变得激烈起来。

“我们对碳和硫之间关系的了解正在迅速发展,我们正在发现导致与最初观察到的显着不同和更有效的反应的比率,”在 UNLV 指导 NEXCL 并为最新研究做出贡献的 Salamat 说。 “在类似的系统中观察到如此不同的现象只会显示大自然母亲的丰富性。要了解的东西太多了,每一个新的进步都让我们更接近日常超导设备的边缘。”

能源效率的圣杯

超导是一个多世纪前首次观察到的迷人现象,但只有在显着降低的温度下,任何实际应用的想法都被排除在外。 直到 1960 年代,科学家们才假设这一壮举可能在更高的温度下成为可能。 Salamat 及其同事在 2020 年发现的室温超导体让科学界兴奋不已,部分原因是该技术支持无阻力的电流,这意味着通过电路的电力可以无限传导而不会造成能量损失。 这可能对能源存储和传输产生重大影响,支持从更好的手机电池到更高效的电网的一切。

“全球能源危机没有放缓的迹象,成本上升的部分原因是由于当前技术效率低下,美国电网每年损失近 300 亿美元,”萨拉马特说。 “对于社会变革,我们需要以技术为先导,而我相信,今天正在发生的工作处于未来解决方案的最前沿。”

根据 Salamat 的说法,超导体的特性可以支撑新一代材料,从而从根本上改变美国及其他地区的能源基础设施。

“想象一下利用内华达州的能源并将其输送到全国而不会造成任何能源损失,”他说。 “这项技术有朝一日可以实现这一目标。”

参考资料:J. Alexander Smith、Innes E. Collings、Elliot Snyder、Dean Smith、Sylvain Pettigerard 和 Jesse S. Ellison、Keith F. Lawler、Ranja B. Dias 和 Ashkan Salamat,2022 年 7 月 7 日,可在此处获取。 化学通讯.
DOI:10.1039 / D2CC03170A

主要作者史密斯是萨拉马特实验室的前 UNLV 研究员,现任 NEXCL 化学和研究博士生。 其他研究作者包括 UNLV 的 Salamat、Dean Smith、Paul Ellison、Melanie White 和 Keith Lawler; 罗切斯特大学的 Ranga Dias、Elliot Snyder 和 Elise Jones; Ines E. Collings 与瑞士联邦材料科学与技术实验室,Sylvain Pettigerard 与苏黎世联邦理工学院; 和杰西 S。 阿贡国家实验室的史密斯。

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