據物理學家組織網7月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研究人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,該成果為如何賦予非傳統材料超導性提供了新思路。相關論文已發表于美國《國家科學院學報》。
“這項重大發現將會引起物理學界、化學界和材料科學界等諸多科研團體的大量關注?!比A盛頓州立大學化學系教授柳忠植(音譯)說。超導領域的進展具有各種各樣潛在的革新性應用,包括強力電磁鐵、車輛推進系統、能量儲存以及更高效的電力傳輸等。
柳忠植帶領的研究小組將二硫化碳置于高壓和低溫條件下,觀察其如何開始表現得像金屬一樣呈現出磁性、高能量密度等屬性,以及因分子重組成類似于鉆石中三維結構而獲得的超硬度。
通常情況下,非金屬分子彼此相距太遠(是金屬分子間距的3倍),電能無法在它們之間跨越。但研究人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英里(約965.6公里)深處的壓力相當。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不僅讓二硫化碳分子結合在一起,還將它們重組為晶格結構,在這樣的結構中,分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導體。
柳忠植說,他們的研究為了解非傳統材料如何獲得超導性提供了新的見解。這些非傳統材料一般由原子量較低的原子構成,施以更高頻率可讓原子振動,從而使材料在較高溫度下轉變為超導體的可能性大增。
柳忠植承認,電子材料無法被冷卻到接近絕對零度或承受極大的壓力,但他認為,這項工作可能為在更普通條件下創建類似的材料屬性指明方向,就如同科學家為在較低溫度和壓力下合成鉆石鋪平了道路一樣?!巴ㄟ^了解其中的基本原理,這項研究將為人們更聰明地開發超導體提供工具?!绷抑舱f。
總編輯圈點
二硫化碳很常見,比如色譜分析用的溶劑,或者某些衣物去漬劑中都有它。不過名字中雖然帶“碳”,但因為結構簡單,它也被認為是無機物。此前科學家已發現的,有28種元素、幾千種合金和化合物可以成為超導體,包括無機納米管、有機物聚合物甚至不含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要條件。盡管,最后絕大多數離實用化還有相當的距離,但仍開辟了人們對創建超導的新認識。
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