據物理學家組織網9月12日(北(běi)京時間)報道(dào),由多倫多大學物理學家領導(dǎo)的國際研究小組利用透明膠帶首次在半導體(tǐ)內誘發出了高(gāo)溫超導現象。這一方法為研製可用於量子計算機和提升能效的(de)新型設備鋪平了道路。相關論文發表在9月11日出版的(de)《自(zì)然(rán)?通訊》雜誌上。
高(gāo)溫超導是一(yī)種物理現象(xiàng),通常指一些具有比其他(tā)超導物質更高臨界(jiè)溫度的物質在(zài)液(yè)氮環境下產生的超導現象。而高溫超導體是指無需加(jiā)熱就能夠在液氮溫度下導電且不會損失(shī)能量(liàng)的材料,其通常也指在液氮溫度以上超導的(de)材料。它們目前被(bèi)用於低損耗輸電,並可作為量子計算(suàn)機等下一(yī)代設備(bèi)的(de)基礎構件。
人們在1911年發現超導體的時候,就被(bèi)其奇特的性質(zhì),即零(líng)電阻、反磁性和(hé)量子隧道效應所吸引。但在此後長達75年的時間(jiān)內,所有已發現的超導體都隻能(néng)在極低的(de)溫度下才顯示超導。另外,隻有特定的鐵化合物和銅氧化物才顯示出高溫超導特(tè)性,但銅氧化物卻具有完全不同的結構以及複雜的化學組成,使其無法與一般的半導體相結合,因此這(zhè)種化合物(wù)的實際應用也深受限製,而探(tàn)索它們所能產生的新效應也變(biàn)得(dé)尤為重要。例(lì)如,觀察材料的(de)鄰近效應,即一種材料中的超導(dǎo)性會引發其他鄰近的普通半導體也能產生超導現象。由於基本的量子(zǐ)力(lì)學要求兩種材料要進行近乎完美的接觸,因此上述情(qíng)況很難發生。
研究小組(zǔ)負(fù)責人、該校的物理學家肯尼斯?博奇談道:“通常情況(kuàng)下,半導體和(hé)超導體之間的交界麵材料需經過複雜(zá)的生長(zhǎng)過程才能形成,製造的工(gōng)具也要比人的頭發(fā)更為精細。而這個界麵正是此次試(shì)驗中透明(míng)膠帶的附(fù)著地。”研究(jiū)團隊使用了透明膠帶和玻璃載片來(lái)放置高溫超導體(tǐ),使其接近一種特殊(shū)類型的(de)半導體??拓撲絕緣體。拓(tuò)撲絕緣體能像大部分的半導體一樣,其表麵十分具(jù)有金屬(shǔ)質感,允許電(diàn)荷移動。這是因為在拓撲絕緣體的內部,電子能帶結構和常規的絕緣體相似,其費米能級位於(yú)導帶和價帶之間。而在拓撲絕(jué)緣體的表麵存在一些特殊的量子態,這些量子態位於塊體能帶結(jié)構的帶隙(xì)之中,從而允許導電。因此也在這種新奇的半(bàn)導體內首次誘發了高溫超導現象。
總編輯圈點:
透明膠帶和高溫超導,這兩個看似風牛馬不相及的東西,卻神奇地聯係到了一起,讓我們不得不驚歎科(kē)學家的非(fēi)凡想像力。超導技術作為21世紀的寵兒(ér),其發展、應用和普及將在世界能源方麵發揮不朽的作用,將為世界免去大量不必要的(de)邊緣耗散。如果這些能量被合理利用,對人類(lèi)的發展不可謂不大。超導材料的普及必將是一場材料大(dà)革命,其意義並不會亞於其(qí)他科技革命。而文中所述的研究發(fā)現,或將超導材料的應用普及引入“快車道”。
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