我就是科技树
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第二十一章 常温超导

    近年来,【磁约束】可控聚变技术的突破,最主要还是得归功于超导材料的发现。

    超导这个概念的本质就是实现材料电子的自由移动,即电阻为零,完全抗磁性。

    现如【低温超导】技术已经成熟,科学家们正在攻克的是【常温超导】技术。

    对于【常温超导】所选用的材料,亦或是设计稿,近代被各科学们提出的很多,但受限于工业制备和实验条件,没有办法得到很好的发展。

    夏安花时间研究了一下【超导材料】的发展历程。

    1911年,HeikeKamer-Onnes在温度4.2K(-268.97℃)时用液氦冷却汞时发现汞的电阻为零,发现了超导电性规律。

    1933年,菲尔德和迈斯纳发现超导体冷却达到转变温度时,不仅电阻完全消失,还会出现抗磁性:磁感线从超导体中排出,不能通过超导体。

    1973年,科学家发现了保持了近十三年记录,超导转变温度为32.4K(-249.92℃)的超导合金——铌锗合金。

    1986年,美国贝尔实验室研究出了打破液氢40K的温度障碍,临界温度为40K(-235.15℃)的超导材料。

    1987年,美国华裔科学家朱经武和中国科学家赵忠贤陆续把钇-钡-铜-氧转变温度提高到了90K(-185.15℃),从而发现了高温超导体材料,打破了液氮77K的“温度堡垒”。

    1988年,日本实现了液氮温区超导体的理想,研发出了转变温度为110K(-165.15℃)的超导材料Bi-Sr-Cu-O。转变温度达零下150.15℃的铊系化合物超导材料和转变温度达零下140.15℃的汞系化合物超导材料相继被发现,高压条件下的汞转变温度能达到164K(-111.15℃)。

    2007年2月,日本东京工业大学细野秀雄教授和其合作者发现了转变温度为(-251.15℃)的氟掺杂镧氧铁砷化合物。

    2008年3月25日和3月26日,中国科技大学陈晓辉研究组和中国物理所研究组发现了突破麦克米兰极限温度,转变温度为(-233.15℃)的非传统超导材料。

    2014年,中国科学院物理研究所的程金光、雒建林等人发现第一个Cr基高压超导体CrAs,临界温度为2K(-271.15℃),压力为8kbar。

    2015年4月,浙江大学系曹光旱研究组发现第一种常压下的铬基砷化物超导体K2Cr3As3,临界温度为6.1K(-267.05℃)。同年,中国科学院物理研究所的程金光、雒建林等人发现第一个Mn基高压超导体MnP,临界温度为(-272.15℃)1K,压力为8GPa。

    2015年,德国的A.P.Drozdov和M.I.Eremets宣布在硫化氢中发现203K超导零电阻现象,但需要施加高压到220万个大气压。这个数值突破了铜氧化物材料保持多年的164K(-109.15℃)记录。

    2018年,美国的曹原和PabloJarillo-Herrero发现双层“魔转角”的石墨烯在门电压调控下可以出现1K(-272.15℃)左右的超导电性。其中和超导相关的物理特性与铜氧化物高温超导非常类似,从而有可能在干净的二维材料中完美模拟高温超导现象。

    2019年,德国的A.P.Drozdov和M.I.Eremets等宣布La-H化合物在150万个大气压可以实现215K(-58.15℃)的超导电性,美国的M.Somayazulu研究组紧接着宣布LaH10在190万个大气压下可以出现260K(-13.15℃)以上的超导,这是目前超导临界温度的最高记录。

    2019年,美国斯坦福大学的H.Hwang和李丹枫等人在Nd0.8Sr0.2NiO2薄膜样品实现15K(-258.15℃)左右的超导电性,第一个镍基超导体宣布被发现。

    2020年12月,美国加州大学圣芭芭拉分校的S.D.Wilson团队宣布在具有笼目结构的AV3Sb5(A=K,Rb,andCs)体系发现2.5K(-270.65℃)左右超导电性。

    2023年7月,中山大学物理学院王猛团队宣布在La3Ni2O7单晶样品中发现高压诱导的约80K(-193.15℃)超导电性(压力为14GPa),镍基超导体临界温度正式突破了液氮温区。

    恶补了【超导】材料发展历程的夏安,终于对这一项科技有了足够的认知。

    【这玩意儿的研发就是不断试错吧?!】

    夏安感觉终于找到了自己的用武之地。

    有什么能比自己的【虚拟引擎】更方便的试错工具么?至少夏安自己想不出来。

    压力给到【材料部】经理夏国平,让其收集今年来热门的超导材料分子结构式,然后夏安就开始模拟这些材料的超导过程。

    在放大超导过程的模型后,夏安直观的感受到了超导材料在导电过程中的情况。

    肉眼不可见的电子就像一个个乒乓球,在原子之间弹来弹去。由于力的作用是相互的,在电子弹动的同时,电子中富含的能量会不可避免的向原子核传输。

    积少成多之后,原子核在电子的推动下也开始了运动。而这种运动基本上来说都是无规则的,也就是所谓的布朗运动。

    随着功率越大,布朗运动就越剧烈,材料整体的温度也会逐渐升高。

    这,也正是【电阻】特性产生的原理。

    有没有一种分子式可以完全避免电子与原子核的“碰撞”?夏安想了想,觉得这不太可能。

    【所以所谓的【完美超导】在理论上根本就是不可能的嘛!?】

    不过夏安在仔细观察模型后发现,电子在原子之间的运动总体呈现出一种独特的规律性。

    这种规律性与材料的分子式存在很大的关系,超导性能好的材料,往往会在原子结构上呈现出一种箭头的“锋槽”,也就是类似“>”符号的结构。

    这种结构会使得少数逆向运动的电子在数次回弹后,继续按照原来的方向运动。

    夏安又尝试了几个典型的超导材料模型后,就基本上确认了这个发现。

    这样的构造,让夏安想起了以前在杂质中看到过的一种叫做【特斯拉阀】的什么构件。

    超导性能越好的材料,其导电时产生的【特斯拉阀】效应就越明显。

    而为什么只有在低温环境才会有“超导”效应呢?夏安发现温度一旦升高,分子类似【特斯拉阀】的构造就会变得不稳定,甚至因为分子震动导致整个通路被堵塞,形成“堰塞湖”一样的东西。

    通过外界施加的持续低温,可以给超导材料进行【减震】,这对维持【特斯拉阀】构造至关重要。

    自觉已经找到材料【超导】的秘密之后,夏安感觉自己又遇到了新的问题。

    那就是如何设计一款“完美特斯拉阀”造型的分子式。

    对于分子设计,夏安两眼一抹黑。

    突然,夏安灵机一动,使用自己的光触从根部跨接了一部分“先天灵光”,尝试这看用“先天灵光”的“人工智能”是否能解决这个问题。

    施加了“先天灵光”效果的【超导】脉络开始泛起淡淡的金色光辉,但仅仅生长了一小段,就停下来了。

    夏安突然福临心至,又使用一条光触,将【化学】枝叶的信息都跨接了过来。

    【化学】枝叶信息传输到【制造】枝叶【超导】脉络后,加上“先天灵光”作为源动力,便开始加速生长。

    过了一会儿,夏安看着已经明显增长的【超导】脉络,顿感欣慰。

    意识沉入【超导】脉络,夏安获得了大量的新诞生的信息。

    1286种1-2K级别的零度级温超导材料,235种2K-20K级别的超低温超导材料,18种20K-200K级别的低温超导材料,2种200K-300K级常温超导材料。

    夏安欣喜的翻阅其那仅剩的两种常温超导材料信息。

    第一种,【单壁碳纳米管】。

    【不,不对,比碳纳米管好像复杂一些】

    放大分子式模型后,夏安有些无语了。

    【这石墨烯还能这么玩儿?!】

    如果说【碳纳米管】是用【石墨烯】卷起来用的,那么眼前这根变异的【碳纳米管】就是经过【折叠】的【石墨烯】再卷起来用的。

    这样的【折叠】并不是类似【多壁碳纳米管】那种多层卷纸叠在一起的那种,而是类似叠纸扇一样的,先把【石墨烯】折叠后再卷起来的。

    看着眼前这个被硬生生【折叠】出【特斯拉阀】的【变异碳纳米管】,夏安感觉一阵头大。

    【这玩意儿要怎么制备啊!?】