作者:T. Scheike 来源:《先进材料》 发布时间:2012-9-26 10:52:47
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掺水石墨或具室温超导性

 
石墨加上蒸馏水或许能够成为室温下的超导体。
 
图片来源:CHARLES D. WINTERS/SCIENCE PHOTO LIBRARY
 
你能想象吗,一点石墨加上几滴蒸馏水便能够制成科学家朝思暮想的常温超导体。
 
德国研究人员日前宣布了一项突破性进展:一种材料可以在室温及更高温度下成为一种超导体(能够以零电阻导电)。超导体提供了巨大的节能潜力,然而迄今为止,这种材料只有在温度低于约110摄氏度下才能够起作用。
 
如今,莱比锡大学的Pablo Esquinazi和同事报告说,片状的石墨颗粒浸泡在水中似乎能够在高于100摄氏度的温度下持续产生超导作用。尽管Esquinazi承认,这个发现“听起来像是科幻小说”,但相关研究工作已经被发表在同行评议期刊《先进材料》中,并且其他物理学家向《自然》杂志表示,这一结果尽管是试探性的,但值得进一步审查。
 
石墨由按照六角形格栅排列的碳原子层构成,当其掺杂了能够提供额外自由电子的元素时便显示出超导性。例如,钙石墨在11.5开氏度(约-260摄氏度)时具有超导性,并且理论学家预测,如果有足够可用的自由电子,其温度可以上升至60开氏度。
 
Esquinazi的研究小组推测,高强度的电子形成于邻近石墨片段之间的界面上。研究人员已经在超过100开氏度的一种人造类型的大块石墨——被称为热解石墨——的界面上观测到超导电性,他们于是寻思,通过掺杂片状石墨粉末,这些界面是否能够达到更高的温度。
 
研究人员尝试的第一种掺杂物是普通的水。他们很幸运。研究人员将由数百个1毫米长、几十纳米厚的片状石墨构成的100毫克纯石墨粉添加到20毫升蒸馏水中。在搅拌这种混合物约23个小时后,他们滤出了这些石墨粉,并通宵以100摄氏度对其进行干燥。研究人员发现,在将其放置于一个磁场中后,每个样本在磁场被移去时仍将保持微量磁化。
 
Esquinazi表示,这种微量的剩余磁化强度是超导电性或普通铁磁性的一个信号。为了搞清它们是否具有前者的属性,研究人员分析了磁化强度如何随着施加场的强度以及温度而变化。最终的结果非常类似于在上世纪80年代发现的第一个高温氧化物超导体。
 
Esquinazi承认,他的证据是诱人的,但却不是滴水不漏的。首先,他的研究团队一直无法展示其样品具有零电阻的实际导电性。研究人员为了做到这一点曾将浸湿的粉末压缩成颗粒,进而迫使这些颗粒进行电接触,但他们发现,这将导致超导效应的消失。并且,他们也无法证明片状石墨的内部没有磁场——这是超导体的一个基本特征。
 
此外,这些样品并没有随着温度升高而丧失其明显的超导电性。研究小组报告说,它们在约400开氏度(相当于130摄氏度)时依然保持着超导状态,并且对数据进行的一个简单的外推表明其上限大约为1000开氏度。Esquinazi说,自从他开始写论文以来,他的研究小组事实上已经在500开氏度观测到超导的迹象,但在这一温度时,热量已经开始降解样品,并改变它们的磁场强度,从而很难观察到其向一个非超导状态的转化过程。
 
其他物理学家仍然对此感到质疑。英国伯明翰大学的凝聚态物理学家Ted Forgan表示,低温下的磁数据“看起来非常像是从一个超导体那里得到的信号”,但他对于其在更高温度下的特性变化感到困惑。他说自己预计剩余磁化强度在300开氏度时将大为减少,除非“转化温度实际上远远高于这一温度”。
 
其间,美国弗吉尼亚州诺福克市老道明大学的理论学家Alexander Gurevich警告说,之前宣称的一些高温超导电性在详细审查时未能站得住脚。他说,磁响应有可能是样品处理时引入的杂质所产生的。但他强调,如果得到证实,这一发现将产生“深远影响”。(来源:中国科学网  赵路)
 
 
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