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科学探索|PQP高压诱导方案为高温和室温超导材料研究指明了新方向


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虽然自然界中的许多元素和矿物质(比如铅和汞)都具有超导特性,但它们通常需要在低温或高温高压环境下发挥作用 。即便如此,为了减少电力浪费,许多研究团队仍在努力寻找可在非加压室温下得到大规模应用的新颖超导材料 。若等到这一天,包括核磁共振成像(MRI)、磁悬浮列车、以及电动机和发电机在内的诸多设备,都有望迎来翻天覆地的变化 。
科学探索|PQP高压诱导方案为高温和室温超导材料研究指明了新方向
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(来自:University of Houston,via SCI Tech Daily)
休斯顿大学(UH)超导中心创始主任兼首席科学家 Paul Chu 和研究助理教授 Liangzi Deng,就选择了在硒化铁(FeSe)身上开展实验 —— 可知该材料不仅结构简单,加压下的超导临界温度(Tc)也相对较高 。
若室温下的超导材料可得到大规模应用,便可为工商业和交通运输等领域打造极致高效、革命性的电力传输系统,进而推动电气化和可持续发展的未来 。
由发表在《超导与新磁》(Journal of Superconductivity and Novel Magnetism)期刊上的文章可知,俩人开发出了一种压力淬火工艺(简称 PQP) 。
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专注常温超导研究的 Liangzi Deng 与 Paul Chu 教授
首先通过在室温下对样品加压,以增强材料的超导特性 。然后将之冷却到指定的较低温度,并完全释放压力,从而让材料保持住增强后的超导特性 。
虽然 PQP 的概念并不新鲜,但 Paul Chu 和 Liangzi Deng 还是率先将其用于可在常温大气压下(HTS)保持增强超导性的新材料上 。
Paul Chu 指出:“传输过程中的电力损耗,在惊人的 10% 左右 。但若换用超导材料,即使跨越数千英里,我们也有望实现零浪费的未来 。同时通过革命性的应用,彻底改变全世界的交通与电力传输” 。
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研究配图 - 1:(A)压稳态 / 稳态之间的能垒示意图,(B)主要实验步骤 。
据悉,PQP 工艺受到了加州理工学院(CalTech)已故著名材料科学家、工程师、兼冶金学家 Pol Duwez 的启发 。他指出,工业应用中的大多数合金,在室温和大气压下都处于亚稳态(化学性质不稳定) 。
然而新研究表明,亚稳相具有其稳定对应版本所不具备或增强的特性 。相关案例包括钻石、高温 3D 打印材料、黑磷、甚至铍铜,它们主要被用于制造可在高爆环境中使用的工具,比如石油钻井平台和谷仓升降机 。
最后,Paul Chu 指出:“这项实验的最终目标是将温度提升至室温以上、同时维持材料的超导特性 。等到实现的那一天,我们将无需让 MRI 等机器设备维持在超低温的条件下,这点让我们感到激动不已” 。

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