人类终于突破了室温超导技术!重磅研究被《自然》火速收录

2020-10-18    242
摘要:来自内华达大学、拉斯维加斯大学和罗切斯特大学的物理学家们发表《自然》封面文章,展示了他们室温超导(他们称之为能源效率的“圣杯”)实验的成功结果,震动了整个物理学界。

超导

科学界迎来了一项重磅突破!

来自内华达大学、拉斯维加斯大学和罗切斯特大学的物理学家们发表《自然》封面文章,展示了他们室温超导(他们称之为能源效率的“圣杯”)实验的成功结果,震动了整个物理学界。

他们使用了光化学合成方式,在硫化氢体系中掺杂碳元素,实现了在287K(约15℃)温度下的含碳硫化氢超导。这代表人类向长久以来的目标——创造出具有最优效率的电力系统,迈出了重要一步。

当然,这次的室温超导是在特殊环境中使用的。研究小组使用一块金刚石“砧板”,给超导材料施加了267Gpa的超级高压,相当于200多万倍标准大气压,才实现了这一结果。而在现实中,如此高的压力只有在接近地心的位置才存在,因此其离实用还差得很远。

尽管这一成果还处于早期阶段,或者说是基础层面,但这一发现对人类能源发展有着重要的意义。作者评论称:“这是一个革命性的游戏规则改变者,这将彻底改变能源网,改变每一个电子驱动的设备。”

超导电性是一种引人注目的量子现象,它的标志性特性包括被排开的磁场和零电阻的电流。这意味着,通过电路的电流是完美传导的,不存在功率损耗。

输电过程中的损耗是影响人类能源利用效率的重要原因,研究数据显示,我国领先的特高压输电技术,使用1000kV的高压,在1000公里的距离上输电损耗在5%左右。每传输1000度电就有50度浪费了。

而如果能实现超导传输,输电损耗有望大幅降低。假设所有的输电由铜缆置换称超导电缆的话,输电损耗有望降到2%。据统计,到2050年,约4000千米的铜缆置换成超导电缆的话,输电损耗有望减少31亿千瓦左右。相当于260万人1年的电力使用量。因发电排放的二氧化碳有望减少106万吨。

因此,自1911年首次观测到以来,科学家们对超导研究可谓“趋之若鹜”。

然而直到今天为止,只在非常低的温度下——要到绝对零度(零下273摄氏度)附近才能观察到超导电性,这将使其无法得到广泛的实际应用。值得期待的是,在1968年,科学家们预测,在非常高的压力下制备的金属氢可能是室温超导的关键因素。

罗切斯特大学的研究小组一直致力于化学合成氢气,以解决这个百年难题。他们利用金刚石砧施加不同的压力,配合以不同的温度,找到正确的组合使含碳硫化氢进入金属状态,然后进一步进入室温超导状态。

值得一提的是,这篇论文从8月31日投稿到9月8日接受,《自然》只用了不到10天时间,可见该成果的里程碑性意义。

此外,使用硫化氢作为超导材料,这点在6年前就被中国科学家提出过。2014年,吉林大学的马琰铭和崔田团队各自通过理论计算做出预测:H?S在160GPa下超导临界温度为80K;H?S与H?复合成的H3S结构在200GPa下超导临界温度在191K至204K之间。

编译/前瞻经济学人APP资讯组

参考资料:

[1]https://www.sciencedaily.com/releases/2020/10/201014141147.htm

[2]https://www.nature.com/articles/s41586-020-2801-z


《自然》 人类 技术 火速 研究 突破 终于

分享到: