二硫化碳成功转变为超导体

发布日期:2020-09-10 05:38   来源:未知   阅读:

  科技日报讯 (记者陈丹)据物理学家组织网7月2日(北京时间)报道,美国华盛顿州立大学和卡内基研究所的研究人员开展了一项新研究,成功将一种常用的非金属溶剂——二硫化碳转变为超导体,该成果为如何赋予非传统材料超导性提供了新思路。相关论文已发表于美国《国家科学院学报》。

  “这项重大发现将会引起物理学界、化学界和材料科学界等诸多科研团体的大量关注。”华盛顿州立大学化学系教授柳忠植(音译)说。超导领域的进展具有各种各样潜在的革新性应用,包括强力电磁铁、车辆推进系统、能量储存以及更高效的电力传输等。

  柳忠植带领的研究小组将二硫化碳置于高压和低温条件下,观察其如何开始表现得像金属一样呈现出磁性、高能量密度等属性,以及因分子重组成类似于钻石中三维结构而获得的超硬度。

  通常情况下,非金属分子彼此相距太远(是金属分子间距的3倍),电能无法在它们之间跨越。但研究人员将二硫化碳放入体积小、空间紧凑的金刚石压腔中压缩到5万个大气压,这一压力与地球内部600英里(约965.6公里)深处的压力相当。同时,他们还将二硫化碳冷却至6.5开尔文(零下266.65摄氏度)。

  这种压力和温度条件不仅让二硫化碳分子结合在一起,还将它们重组为晶格结构,在这样的结构中,分子的自然振动可以帮助电子顺畅地移动,如此一来,二硫化碳就变成了无阻力的超导体。

  柳忠植说,他们的研究为了解非传统材料如何获得超导性提供了新的见解。这些非传统材料一般由原子量较低的原子构成,施以更高频率可让原子振动,从而使材料在较高温度下转变为超导体的可能性大增。

  柳忠植承认,电子材料无法被冷却到接近绝对零度或承受极大的压力,但他认为,这项工作可能为在更普通条件下创建类似的材料属性指明方向,就如同科学家为在较低温度和压力下合成钻石铺平了道路一样。“通过了解其中的基本原理,这项研究将为人们更聪明地开发超导体提供工具。”柳忠植说。

  二硫化碳很常见,比如色谱分析用的溶剂,或者某些衣物去渍剂中都有它。不过名字中虽然带“碳”,但因为结构简单,它也被认为是无机物。此前科学家已发现的,有28种元素、几千种合金和化合物可以成为超导体,包括无机纳米管、有机物聚合物甚至不含任何金属成分的塑料磁体。其中很多材料的固有结构阻碍了电子间的相互作用,而让它们在温度和压力下改变重组,就是其成为超导体的必要条件。尽管,最后绝大多数离实用化还有相当的距离,但仍开辟了人们对创建超导的新认识。

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