哈嘍，大家好，小圓今天要跟大家聊個(gè)厲害的發(fā)現(xiàn)，咱們國(guó)家科學(xué)家在壓力鍋里把一種鎳基材料變成了神奇的高溫超導(dǎo)體！可能有朋友會(huì)問(wèn)，超導(dǎo)到底有啥用？簡(jiǎn)單說(shuō)，要是電線能超導(dǎo)，輸電就零損耗；磁懸浮列車能更穩(wěn)更快；量子計(jì)算機(jī)也能擺脫不少干擾。

不過(guò)最近中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)陳仙輝團(tuán)隊(duì)的新發(fā)現(xiàn)，給咱們帶來(lái)了新希望，他們給一種鎳基材料加高壓后，在零下219攝氏度就實(shí)現(xiàn)了超導(dǎo)，這在超導(dǎo)領(lǐng)域已經(jīng)算“高溫”了，更關(guān)鍵的是，它幫我們打開(kāi)了尋找實(shí)用超導(dǎo)材料的新大門。

這次的主角是一種叫La5Ni3O11的鎳基材料，要是能把它放大到肉眼可見(jiàn)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)它的結(jié)構(gòu)跟咱們疊的積木樓特別像，不同厚度的“積木層”規(guī)規(guī)矩矩地疊在一起，具體來(lái)說(shuō)，就是單層積木和雙層積木交替堆疊，跟蓋房子似的，蓋一層平房再蓋一層復(fù)式，循環(huán)往復(fù)。

這種特殊結(jié)構(gòu)可不是天生就有的，研究團(tuán)隊(duì)用“熔鹽法”跟種水晶似的，精心培育出了它的單晶。這些單晶特別迷你，也就0.1毫米見(jiàn)方，厚度才0.02毫米，差不多兩根頭發(fā)絲粗。但別小瞧它，用先進(jìn)顯微鏡一看，層層疊疊的結(jié)構(gòu)整齊得像千層餅。

這結(jié)構(gòu)之所以重要，就像咱們蓋房子得先打好框架，超導(dǎo)材料的原子排列直接決定了電子怎么運(yùn)動(dòng)，而電子運(yùn)動(dòng)方式又直接影響超導(dǎo)性能，這種夾心結(jié)構(gòu)等于是給電子鋪了條特殊跑道，讓它們更容易配對(duì)形成超導(dǎo)態(tài)。

可能有人想不到，常溫常壓下的La5Ni3O11就是種普通材料，壓根沒(méi)有超導(dǎo)性，但研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度降到零下103攝氏度左右時(shí)，它會(huì)發(fā)生密度波轉(zhuǎn)變，就像材料內(nèi)部的電子和自旋突然排起了整齊的隊(duì)伍，形成了有規(guī)律的波狀圖案。

研究人員把這微小的晶體放進(jìn)了一個(gè)特制“壓力鍋”，金剛石壓腔，這可不是家里燉肉的高壓鍋，它能產(chǎn)生比大氣壓高幾萬(wàn)甚至幾十萬(wàn)倍的壓力，是個(gè)實(shí)打?qū)嵉木軆x器，隨著壓力慢慢增加，神奇的事情發(fā)生了：當(dāng)壓力達(dá)到12萬(wàn)倍大氣壓時(shí)，之前的“密度波”突然消失、

超導(dǎo)狀態(tài)緊接著就出現(xiàn)了，就像有人按了個(gè)開(kāi)關(guān)，材料直接切換了狀態(tài)。這說(shuō)明密度波和超導(dǎo)態(tài)是競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，一個(gè)弱了另一個(gè)才能變強(qiáng)，壓力加到21萬(wàn)倍大氣壓時(shí)，它的超導(dǎo)溫度達(dá)到了零下219攝氏度，雖然還得用液氮制冷，但比不少超導(dǎo)材料已經(jīng)強(qiáng)多了。

在科學(xué)研究里，光說(shuō)電阻消失可不算數(shù)，得有多重證據(jù)才行，畢竟極端條件下測(cè)量誤差可不小。陳仙輝團(tuán)隊(duì)就拿出了三重“實(shí)錘”，讓這個(gè)發(fā)現(xiàn)站穩(wěn)了腳跟，第一重是磁場(chǎng)測(cè)試：超導(dǎo)體有個(gè)特點(diǎn)，磁場(chǎng)會(huì)破壞它的超導(dǎo)態(tài)，磁場(chǎng)越強(qiáng)，超導(dǎo)溫度越低。

第二重更有說(shuō)服力，邁斯納效應(yīng)，這是超導(dǎo)體的“招牌動(dòng)作”：進(jìn)入超導(dǎo)狀態(tài)后，它會(huì)把內(nèi)部磁場(chǎng)全排出去，變成“磁場(chǎng)絕緣體”，研究人員通過(guò)精密測(cè)量，在高壓下清晰觀察到了這個(gè)效應(yīng)，這可是超導(dǎo)的核心證據(jù)，第三重是體積分?jǐn)?shù)數(shù)據(jù)。

通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，樣品里超過(guò)70%的體積都處于超導(dǎo)狀態(tài)，這意味著超導(dǎo)不是表面或局部的小打小鬧，而是材料大部分區(qū)域都實(shí)現(xiàn)了超導(dǎo)，這在鎳基超導(dǎo)材料里算相當(dāng)高的比例，證明了它是真正的體超導(dǎo)，這三重證據(jù)相互印證，讓這個(gè)發(fā)現(xiàn)沒(méi)了爭(zhēng)議。

這次發(fā)現(xiàn)新型鎳基超導(dǎo)體，不光是多了一種超導(dǎo)材料，更重要的是給我們尋找實(shí)用材料提供了新線索，研究人員發(fā)現(xiàn)，La5Ni3O11里的雙層結(jié)構(gòu)，和另一種能在更高溫度超導(dǎo)的鎳基材料很像，而三層結(jié)構(gòu)的鎳基材料超導(dǎo)溫度就低不少，這說(shuō)明雙層結(jié)構(gòu)可能是高溫超導(dǎo)的關(guān)鍵密碼。

這個(gè)發(fā)現(xiàn)最大的價(jià)值在于給實(shí)用超導(dǎo)提供了新思路：研究人員發(fā)現(xiàn)，超導(dǎo)出現(xiàn)和材料“晶格大小”有關(guān)，原子間距縮小到某個(gè)閾值就會(huì)超導(dǎo)，這樣不用加高壓，可能就能讓它在常壓下超導(dǎo)，雖然這還只是設(shè)想，但已經(jīng)指明了方向。

超導(dǎo)研究從來(lái)不是一蹴而就的，銅氧化物、鐵基超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)都曾推動(dòng)領(lǐng)域進(jìn)步，如今鎳基超導(dǎo)體的新突破，又讓我們離常溫常壓超導(dǎo)的夢(mèng)想近了一步，相信隨著研究深入，未來(lái)我們一定能找到更實(shí)用的超導(dǎo)材料，讓那些無(wú)損耗輸電、高效磁懸浮的美好愿景變成現(xiàn)實(shí)。