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          科學家找到優化超導材料的新方法

          2021-12-02 16:59:03    來源:書生家電網    瀏覽次數:    字號:TT

            鎳酸鹽是新的一類前景很好的超導體材料。維也納工業大學的研究人員找到辦法,終于可以用理論模型描述這種材料內部的電子結構,從而進行大量的研究計算,不斷優化材料特性。

          科學家找到優化超導材料的新方法

            即使經過了三十多年的研究,高溫超導材料仍然是材料物理學領域的一大難題。究竟是什么機制促使某一種材料出現超導狀態,科學家并不明確,很多研究是基于不斷的嘗試和運氣。

            至今科學家嘗試了很多超導材料,比如好幾年前,銅酸鹽是熱門的材料;近兩年,鎳酸鹽比較熱門。不管是什么材料,科學家知道都需要非常低的溫度才能激發它們的超導特性,要接近絕對零度(零下273攝氏度左右)。

            研究人員取得一些進展實現的所謂“高溫超導”,也需要零下200多攝氏度的低溫,相對室溫來說仍然是非常低的溫度,只是相對于零下273度那樣的絕對低溫,條件已經放寬了許多,所以叫做高溫超導。

            不斷優化超導材料,比如提高實現超導的溫度(也叫超導臨界溫度),是研究人員要長期面對的工作?,F在已經有了一些理論模型,能夠描述超導體的特性,并使用電腦計算輔助研究。

            即使有了這些模型,還必須知道每一種特定材料最重要的參數值才能進行計算,可是這很難。對于鎳酸鹽來說,“電荷轉移能”這個參數就很重要。維也納工業大學物理學教授庫內什解釋說:“這個參數告訴我們,需要向系統增加多少能量,才能把一個電子從鎳原子轉移到氧原子上?!?/p>

            麻煩的是,這個數值無法直接測量到,所以用理論模型進行的各種計算變得太復雜且不準確。

            這份研究找到方法間接地測到了這個參數:當研究人員用X光照射材料的時候,其光譜成分的變化取決于“電荷轉移能”并對其相當敏感。所以,研究人員通過對X光照射的結果進行測量和計算,間接地得出“電荷轉移能”這個參數值。

            研究人員把得到的“電荷轉移能”參數代入他們的理論模型,得到一個很準確的計算模型?!坝辛诉@個模型,我們可以從電子層面了解超導材料的工作機制?!睅靸仁舱f,“比如,哪些軌道起到決定性作用?那些參數會影響細節?這些問題都是優化超導材料需要回答的問題。有了這個模型,將來我們就可能造出超導臨界溫度提高很多的鎳酸鹽超導新材料?!?/p>

            這份研究10月13日發布于《物理評論X》。

          【程志亮】   相關搜索:超導材料的應用
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