推 intotherain:室溫超導這瓶頸早卡了二三十年了 現在廣告是要炒股嗎 02/19 13:15
這一方面是對的 自從銅氧超導的發現以來
基本上再也沒有臨界溫度更高的體系被發現
但另一方面 卻也不能夠理解為什麼吳茂昆最近幾年如此興奮的原因
簡單的解釋超導
超導有兩個特徵 第一個是近乎無電阻
認真說來 並不是說電阻很接近完全是0
而是其實它沒有傳統電子傳輸理論中電阻的定義
因為隨便一加電場 電流都可以很快的無限上升
第二個特徵則是完全抗磁性
但實際上也不是真正的抗磁性
首先是 其實邊界還是會有一些磁性 只是很快地就可以衰減到近乎0
另外某一類的超導體會容許磁場一叢一叢的穿透過超導體
真正想要利用超導來傳輸電流 還是會受到這些磁場通量的影響
基本上據我所知高溫超導不少屬於這一類
因此並不只是單純看超導的臨界溫度就能比較出商業價值
(當然要考量的因素很多 像化合物好不好做出來之類的)
微觀上怎麼理解超導現象一直是對物理學家極為困難的挑戰
從常規超導的發現到第一個成功解釋常規超導的理論 經過了五十年以上
超導可以直觀想像成電子無受阻礙的流動 但是電子間有斥力 到底為什麼會無阻礙流動呢?
巴丁等人是第一個提出成功解釋這個現象的物理學家 他們的理論現在被稱為BCS理論
各位可以想像 雖然電子間有斥力
但同時電子也會通過一個帶正電的晶格離子 進而擾動這個正電離子
而當有另外一個反向通過的電子 經過了偏離本來位置的正電離子
會受到比沒偏移時更強的正電離子的吸引力
如果這個吸引力大過於電子間的排斥力
等效而言 就可以看成兩個電子互相有吸引力 這兩個成對電子就稱為Cooper pair
於是現在系統裡就有一大堆的電子對
剩下發生的就完全是量子效應 無法在這裡詳細說明
總之結論就是這些電子對之間可以無阻礙並一致性的流動 形成超導體
從這個BCS理論 可以大概估計出 超導體的臨界溫度上限只能是40K
而能被BCS理論所描述的超導體 就被稱作常規超導
第一個非常規的固態超導系統 認真說來 不是銅氧超導
而是在重費米子體系所發現 不過這個體系的臨界溫度太低了(至今為止不超過20K)
沒甚麼值得引起多數人關注的價值
但是 在八零年代後半 在銅氧化合物發現了超導現象
引起了極大的關注
不僅單存只是因為這類體系有超導體的臨界溫度可以突破到100K而已
而因為沒人想過 原來從某個反鐵磁性的"絕緣體"
慢慢參雜一些電子或電洞 竟然可以形成超導體 而且臨界溫度如此之高!
銅氧超導的發現對於超導理論是個極大的挑戰
也對凝態理論界本身引起了一些不小的影響
不過總之目前沒有一個銅氧超導理論的共識
那麼 自從九零年代以後 就像這位版友所說的
超導的研究停滯了二十來年
那麼吳茂昆究竟這幾年在高潮甚麼呢?
答案是 06年的時候 新體系的非常規超導體在日本被發現了
而且是在原本沒人預期的鐵基化合物上發現的
就如同上面所提到的 超導體基本上是排斥磁性的
沒有人會期待帶鐵磁性的物質中觀察到超導 何況是突破40K以上的超導體
但是 我上面也說了 如果對於反鐵磁銅氧化合物做參雜 依然可以得到超導
所以磁性和超導本身也沒似乎絕對
關於磁性跟超導的真正關係 依然是一個謎－
某些物理學家甚至認為是高溫超導之謎的關鍵所在
據我所知 目前鐵基超導最高的臨界溫度大概只有60K左右
我也不太清楚再把臨界溫度上升從實驗上來看容不容易
而且似乎像吳茂昆所說的 把晶格排序弄複雜 得到較高的臨界溫度
其實也不是第一次的概念
我也不太清楚新聞講的好像是驚天動地的突破是為什麼XD
但也許吳茂昆最近的這個發現有其應用上的便利之處就是了
然而 我想最讓這些傳統做超導體出身的實驗學家最近幾年如此高興的
是發現了這種新體系的非常規超導體
因為就連一般人都知道室溫超導的研究停滯了很久XD
在凝態實驗中現在會跑去走這一行的也比當時少很多XD
這個領域最困難的 無論是理論或者實驗 就是在於
你不太能找到任何一個基本的起點來出發 直接進行邏輯推導或預測
因為我們的典範理論通常都失效或沒甚麼太大用處了
所以這就是為什麼 就連費曼這樣的理論物理高手
都會在追尋常規超導體機制的競賽中吃鱉
實驗也是一樣情況
所以才沒有人預期到銅氧 也沒有人預期到鐵基 會存在超導態 你只能一直嘗試
同樣的 也沒有人知道是不是會有另外一類體系的超導體被發現
或許當那一天到來 高溫超導的秘密 以及如何商業應用它們的那天
也不遠了......吧?
當然 理論物理學家並不只是因為超導體有甚麼應用價值而言就研究它們而已
而是因為 人們在BCS理論中學到的物理實在是太多了 並不只是侷限在超導現象而已
例如說 希格斯機制本身就可以看做是超導的機制
事實上這個機制之所以能被理論學家所建立的歷史過程 和BCS脫離不了關係
超導體之所以抗拒磁性 可以看成是光子在超導體中獲得了質量 因此不會無限傳播
在這樣的想法下 其實而宇宙本身就是一個"超導體" 讓一般的粒子也獲得了質量
某些理論物理學家的幻夢 就是期望高溫超導背後有個相當統一的理論
並且從這個理論中 我們又可以新學到一些更廣大的嶄新觀念