美國實驗室解開超導體秘密：電力傳輸零能量損耗

超導體能夠讓電流無電阻流動，這意味著不會因發熱而損失能量。

美國的研究人員揭開了高溫超導體的秘密。

美國能源部阿貢國家實驗室的研究人員發現，超氫化物結構的微小變化如何使其在接近室溫但極端高壓的條件下實現超導——這為設計更實用的超導體提供了線索。

"這些實驗展示了升級后的先進光子源的能力。我們現在可以在極端壓力條件下以前所未有的細節研究材料的原子級結構。"阿貢國家實驗室物理學家馬杜里·索馬亞祖魯說。

超導體使電流無電阻流動

研究人員揭示，超導體能夠讓電流無電阻流動，這意味著不會因發熱而損失能量。這一特性使其在磁共振成像掃描儀、粒子加速器、磁懸浮列車以及某些電力傳輸系統等技術中具有應用價值。

不過他們也指出，大多數超導體僅在極低溫度下才能工作——通常低于零下數百華氏度。將材料維持在這樣的低溫需要復雜且昂貴的冷卻系統，這限制了超導體的應用范圍。

如今，美國的研究人員朝著突破這一限制邁出了一步。他們對一類名為"超氫化物"的材料獲得了新的認識——這類材料可以在約10華氏度（約零下12攝氏度）的較高溫度下實現超導。

在這項新研究中，赫姆利及其同事探索了改變材料化學成分是否可以降低超導所需的壓力。他們在鑭超氫化物中加入少量釔，以使其更穩定并降低所需壓力。

"為了達到這種極端壓力，我們將一個微小樣品擠壓在兩個金剛石之間。"先進光子源物理學家馬杜里·索馬亞祖魯說。該團隊的金剛石對頂砧裝置可產生高達500萬個大氣壓的壓力。

在高壓高溫下形成超導材料

在高壓高溫條件下形成超導材料后，研究團隊利用先進光子源的高能X射線（在16-ID-B和13-ID-D光束線）研究其結構。

"我們將一束強X射線聚焦到一個僅幾微米厚、約十到二十微米寬的樣品上。"芝加哥大學光束線科學家兼研究教授維塔利·普拉卡彭卡說。1微米大約相當于人類頭發絲直徑的七十分之一。

近期先進光子源的升級使這些測量成為可能。據新聞稿介紹，其更亮、更聚焦的X射線束使研究人員能夠在改變壓力的同時研究極小的樣品。

"該光束使我們能夠將來自微小樣品本身的信號與來自周圍材料和金剛石對頂砧的信號區分開來。"普拉卡彭卡說。

研究團隊發現，晶格中原子的排列方式上的微小差異會強烈影響超導性。據新聞稿稱，他們識別出兩種不同的晶體結構，每種結構在略有不同的溫度下轉變為超導態。

"這些實驗展示了升級后的先進光子源的能力。"索馬亞祖魯說，"我們現在可以在極端壓力條件下以前所未有的細節研究材料的原子級結構。"

研究人員還指出，盡管實驗中使用的壓力仍然非常高——約為大氣壓的140萬倍——但他們認為這是通往更遠大目標的一部分。他們正在添加更多元素以進一步降低壓力，目標是使這些材料具有實用性。

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