據物理學家組(zǔ)織網(wǎng)7月(yuè)2日(北京時間)報道,美國華盛頓州立大學和卡內基研究所的(de)研究人(rén)員開展了一項新研究,成功將一種常用的非金屬溶劑??二硫化碳轉變為超導體,該(gāi)成果為如何賦予非傳統材(cái)料超導性提供了新思路。相關論文已發表於美國《國(guó)家科學院學報》。
“這項重大發現將會引起物理學(xué)界、化學(xué)界和材(cái)料科學界等諸多科研團體的大量關(guān)注。”華盛頓州立大(dà)學化學(xué)係教授柳忠植(音譯)說。超導領域的進展(zhǎn)具有各種各樣(yàng)潛在的革新性應用,包括強力(lì)電磁鐵、車輛推進係統、能量(liàng)儲存以及更高效的電力傳輸等。
柳忠植帶領(lǐng)的研究小組將二(èr)硫化碳(tàn)置於高壓和低溫條件下,觀察其如何開始(shǐ)表現得像金屬一樣(yàng)呈現出磁(cí)性、高(gāo)能(néng)量密度等屬性,以及因分子重(chóng)組成類似於鑽石中(zhōng)三維結(jié)構而獲得的超硬度。
通常情況下,非金屬分子彼此相距(jù)太遠(是金屬分子間距的3倍),電(diàn)能無法在(zài)它們之間跨越。但研究人(rén)員將二硫化碳放入體積小、空間緊湊的金剛石壓腔中壓縮到5萬個大氣壓,這一壓力與地球內部600英(yīng)裏(約965.6公裏)深(shēn)處的壓力相當。同時,他們還將二硫化碳冷卻至6.5開爾文(零下266.65攝氏度)。
這種壓力和溫度條件(jiàn)不僅讓二硫化碳分子結合在一起(qǐ),還將它們(men)重組為晶格結構,在這樣的結構中,分(fèn)子的自然振動可以幫助電子順暢地移動,如此一來,二硫化碳就變成了無阻力的超(chāo)導體。
柳忠植(zhí)說(shuō),他們的研究為了解非傳統材料如何(hé)獲得(dé)超導性提供(gòng)了新的見解。這些非傳統材(cái)料一(yī)般由原子量較低的原子構成,施以更高頻率可讓原子振動,從而使材料在較高(gāo)溫度下轉變為超導體的可能(néng)性大增。
柳忠(zhōng)植承認,電子(zǐ)材料無法(fǎ)被冷卻到接近絕對零度或承(chéng)受極大的壓力,但他認為,這項工作可能為在(zài)更普通條件下創建類(lèi)似的材料屬(shǔ)性指明方(fāng)向,就如同科(kē)學家為在較低溫度(dù)和壓力下合成鑽石鋪平了道路(lù)一樣。“通過了解其中的基本原理,這項研究將(jiāng)為人們更聰明地開發超導體提供工具。”柳忠(zhōng)植說。
總編輯圈點
二硫化碳很常見,比如色譜分析用的(de)溶劑,或者某些衣(yī)物(wù)去漬劑中都有它。不過名字中雖然帶“碳”,但因為結構簡單,它也被認為是無(wú)機物。此前科學家(jiā)已發現的,有28種元素(sù)、幾千種合金和化合物可(kě)以成為超導體(tǐ),包括無機納米管、有機物聚合物甚至不含(hán)任何金屬成分的塑料磁體。其中很多材料的固有結構阻礙了電子間的相(xiàng)互作用,而讓它們在溫度和壓力下改變重組,就是其成為超導體的必(bì)要(yào)條件。盡管,最(zuì)後絕大多數(shù)離實用化還有相當的(de)距離,但(dàn)仍(réng)開辟了人們對創建超導的新(xīn)認識。
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