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理论预言被中研院与清华大学联合实验组证实

已有 2008 次阅读 2021-3-14 09:37 |系统分类:科研笔记


科学网的老朋友们可能还会记得笔者2016年时在Nature旗下的Scientific Reports发表了一篇高温超导论文《Scaling Laws for Thin Films near the Superconducting-to-Insulating Transition[1]

https://www.nature.com/articles/srep23863

 

在论文[1]中,笔者从理论上预言:超导体转变温度Tc和材料的薄膜电阻Rs会呈现一个特殊标度率:

图1.jpg 

大家不妨记住公式(34)中的指数-1以及比例系数beta(特别是beta中的参数),稍后是见证奇迹的时刻。

论文[1]刚刚发表时,笔者写了一篇科普文章《让科研回归本真的快乐:费曼先生,现在我信了》来介绍公式(34),当时就得到科学网很多朋友的支持,这让笔者感到非常的温暖。

不过由于论文[1]发表在开源期刊Scientific Reports,受到了一些质疑,所以这篇论文曾于2016年在科学网上引起广泛的讨论。不过,物理学终究是一门实验科学,论文的对错与其发表的杂志没有直接的联系,只能依靠实验来判定最终的对错。

那么笔者的论文[1]到底是对还是错呢?

2017年时,中国台北中研院(Academia Sinica)的一个实验组发表了一篇实验论文[2],尝试检验TcRs的标度关系,并发现临界指数近似为-1.19,当时他们就认为这个实验值与笔者标度公式(34)的理论值-1非常接近。

时隔四年,还是这个实验组。这次他们联合清华大学(新竹)的一个实验组仔细的检验了笔者的标度公式(34)。最终,他们发现新的实验数据不仅支持笔者给出的临界指数-1,甚至连标度公式(34)中的比例系数都与实验测量结果相吻合。

他们这篇最新的实验论文[3]2021312日发表在国际超导顶级期刊Superconductor Science and Technology(可以免费下载):

https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6668/abe360

 

下面截取他们论文中验证笔者标度公式(34)的讨论部分,其中红色划线的地方明确的说明了他们的实验测量结果与标度公式(34)中的临界指数-1以及比例系数相吻合。

 图2.jpg

笔者曾在2016年的那篇科普博文中提到,论文[1]只是一个唯象工作,它的主要价值在于探索如何控制材料的性质,以提升超导转变温度Tc,从而实现潜在的工业用途,所以笔者戏称它为“小小定律”。

那么这个小小定律真的可能对提升超导转变温度Tc有用吗?

下面是中研院与清华大学联合实验组验证笔者标度公式(34)的实验数据图:

 图3.jpg

其中红线和蓝线是笔者的理论公式(34),红色三角和蓝色圆圈是实验数据,理论曲线与实验数据吻合的很好。更重要的是,笔者标度公式(34)中的比例系数,也就是上面图中的A。按照笔者的标度公式(34),A反比于“未重整的电导率(裸电导率)”。这意味着材料正常态的裸电导率越小,则A越大,从而标度曲线越往右上角移动,这被实验数据所证实(蓝色圆圈移向红色三角),可见论文[3]的讨论部分。

如此一来,控制A就给出了制作更高转变温度Tc的超导材料的新思路!从技术上来讲,可以通过控制材料正常态的裸电导率来提升转变温度Tc,而且公式(34)给出了最优控制裸电导率和电阻率以最大化Tc的函数。

 

这是笔者的第一篇高温超导论文,尽管后来笔者不再做唯象研究工作,但是非常高兴在时隔5年之后能够有实验物理学家来验证笔者的工作,笔者感到很荣幸!非常感谢!

 

参考文献:

[1]. Yong Tao, Scaling Laws for Thin Films near the Superconducting-to-Insulating Transition. Scientific Reports 6 (2016) 23863

[2]. Hsiao-Wen Chang et al., Growth and characterization of few unit-cell NbN superconducting films on 3C-SiC/Sisubstrate, Superconductor Science and Technology 30 (2017) 115010

[3]. Hsiao-Wen Chang et al., Dense rotational twins in superconducting (111)-orientated δ-NbN epitaxial films on 4H-SiC substrates, Superconductor Science and Technology 34 (2021) 045019




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