推 intotherain:室温超导这瓶颈早卡了二三十年了 现在广告是要炒股吗 02/19 13:15
这一方面是对的 自从铜氧超导的发现以来
基本上再也没有临界温度更高的体系被发现
但另一方面 却也不能够理解为什么吴茂昆最近几年如此兴奋的原因
简单的解释超导
超导有两个特征 第一个是近乎无电阻
认真说来 并不是说电阻很接近完全是0
而是其实它没有传统电子传输理论中电阻的定义
因为随便一加电场 电流都可以很快的无限上升
第二个特征则是完全抗磁性
但实际上也不是真正的抗磁性
首先是 其实边界还是会有一些磁性 只是很快地就可以衰减到近乎0
另外某一类的超导体会容许磁场一丛一丛的穿透过超导体
真正想要利用超导来传输电流 还是会受到这些磁场通量的影响
基本上据我所知高温超导不少属于这一类
因此并不只是单纯看超导的临界温度就能比较出商业价值
(当然要考量的因素很多 像化合物好不好做出来之类的)
微观上怎么理解超导现象一直是对物理学家极为困难的挑战
从常规超导的发现到第一个成功解释常规超导的理论 经过了五十年以上
超导可以直观想像成电子无受阻碍的流动 但是电子间有斥力 到底为什么会无阻碍流动呢?
巴丁等人是第一个提出成功解释这个现象的物理学家 他们的理论现在被称为BCS理论
各位可以想像 虽然电子间有斥力
但同时电子也会通过一个带正电的晶格离子 进而扰动这个正电离子
而当有另外一个反向通过的电子 经过了偏离本来位置的正电离子
会受到比没偏移时更强的正电离子的吸引力
如果这个吸引力大过于电子间的排斥力
等效而言 就可以看成两个电子互相有吸引力 这两个成对电子就称为Cooper pair
于是现在系统里就有一大堆的电子对
剩下发生的就完全是量子效应 无法在这里详细说明
总之结论就是这些电子对之间可以无阻碍并一致性的流动 形成超导体
从这个BCS理论 可以大概估计出 超导体的临界温度上限只能是40K
而能被BCS理论所描述的超导体 就被称作常规超导
第一个非常规的固态超导系统 认真说来 不是铜氧超导
而是在重费米子体系所发现 不过这个体系的临界温度太低了(至今为止不超过20K)
没什么值得引起多数人关注的价值
但是 在八零年代后半 在铜氧化合物发现了超导现象
引起了极大的关注
不仅单存只是因为这类体系有超导体的临界温度可以突破到100K而已
而因为没人想过 原来从某个反铁磁性的"绝缘体"
慢慢参杂一些电子或电洞 竟然可以形成超导体 而且临界温度如此之高!
铜氧超导的发现对于超导理论是个极大的挑战
也对凝态理论界本身引起了一些不小的影响
不过总之目前没有一个铜氧超导理论的共识
那么 自从九零年代以后 就像这位版友所说的
超导的研究停滞了二十来年
那么吴茂昆究竟这几年在高潮什么呢?
答案是 06年的时候 新体系的非常规超导体在日本被发现了
而且是在原本没人预期的铁基化合物上发现的
就如同上面所提到的 超导体基本上是排斥磁性的
没有人会期待带铁磁性的物质中观察到超导 何况是突破40K以上的超导体
但是 我上面也说了 如果对于反铁磁铜氧化合物做参杂 依然可以得到超导
所以磁性和超导本身也没似乎绝对
关于磁性跟超导的真正关系 依然是一个谜－
某些物理学家甚至认为是高温超导之谜的关键所在
据我所知 目前铁基超导最高的临界温度大概只有60K左右
我也不太清楚再把临界温度上升从实验上来看容不容易
而且似乎像吴茂昆所说的 把晶格排序弄复杂 得到较高的临界温度
其实也不是第一次的概念
我也不太清楚新闻讲的好像是惊天动地的突破是为什么XD
但也许吴茂昆最近的这个发现有其应用上的便利之处就是了
然而 我想最让这些传统做超导体出身的实验学家最近几年如此高兴的
是发现了这种新体系的非常规超导体
因为就连一般人都知道室温超导的研究停滞了很久XD
在凝态实验中现在会跑去走这一行的也比当时少很多XD
这个领域最困难的 无论是理论或者实验 就是在于
你不太能找到任何一个基本的起点来出发 直接进行逻辑推导或预测
因为我们的典范理论通常都失效或没什么太大用处了
所以这就是为什么 就连费曼这样的理论物理高手
都会在追寻常规超导体机制的竞赛中吃鳖
实验也是一样情况
所以才没有人预期到铜氧 也没有人预期到铁基 会存在超导态 你只能一直尝试
同样的 也没有人知道是不是会有另外一类体系的超导体被发现
或许当那一天到来 高温超导的秘密 以及如何商业应用它们的那天
也不远了......吧?
当然 理论物理学家并不只是因为超导体有什么应用价值而言就研究它们而已
而是因为 人们在BCS理论中学到的物理实在是太多了 并不只是侷限在超导现象而已
例如说 希格斯机制本身就可以看做是超导的机制
事实上这个机制之所以能被理论学家所建立的历史过程 和BCS脱离不了关系
超导体之所以抗拒磁性 可以看成是光子在超导体中获得了质量 因此不会无限传播
在这样的想法下 其实而宇宙本身就是一个"超导体" 让一般的粒子也获得了质量
某些理论物理学家的幻梦 就是期望高温超导背后有个相当统一的理论
并且从这个理论中 我们又可以新学到一些更广大的崭新观念