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室温超导大有前途
晏成和
读罗会仟先生博客:2023年3月8日,一则“大新闻”点爆了科技界。来自美国罗切斯特大学的迪亚斯(Ranga Dias)等人宣布发现“近常压室温超导”材料,一种由稀土材料镥与氮-氢 (Lu-N-H)构成的三元化合物,在1万个大气压下(1GPa 或 10 kbar)可以实现最高温度为294 K(即21°C)的超导电性。
在这篇论文中,提供了多个超导证据:1. 零电阻效应;2.抗磁性效应,可以抵御外磁场的侵入;3. 比热跃变,比热存在不连续的跃变。有这三点证据,足以判断材料的超导电性。
论文还给出了材料的X射线衍射和拉曼光谱数据,这个材料在常压是蓝色的小晶体,加压之后会变成粉色,最后变成了红色。罗先生说:如此反常的温度-压力相图和奇怪的颜色变化,令人十分狐疑。加之,该团队在两年前发表的 “室温超导”受到领域内诸多科学家的严重质疑,争议2年后没有人能够重复出他们的结果。Nature做出了撤稿决定。这一次Dias的室温超导是不是再摆乌龙?令学界疑虑重重……
依据报道事实和令人匪夷所思的实验材料的颜色变化,结合之前我对超导的探索,我认定这一次Dias团队的室温超导的呈现是真实可信的、大有前途。
拙博《超导体导电原理》[1]中写到,超导体导电原理是:在很低的温度下,物体的核外电子速率降低,达到临界温度,价电子运转速率越来越低。价和电子的运转缓慢,造成了原子暂时缺失价电子的现象。核心就挪用相邻核心的价电子,相邻核心又挪用,所有的核心都向某一方向近邻挪用,于是形成外层电子公用。这种核外层电子公用的状态就是物质的超导态,核外层电子处于公用的状态的物体就是超导体。
温度降低,电子运转缓慢,形成了核外电子公用的电子流——超导电流。核心把公用的电子流当成自己所需求的电子一部分,用核心的库仑力去顺势输运它,让其在自己身边流过,于是超导电流不仅不受到阻力,而且还获得了一份来自核心的输运力。在原子库仑力的接力输送下,电子畅通无阻,形成了电阻为零的超导现象,价和电子速率降低、电子公用是超导形成的重要条件。
这个镥-氮-氢 (Lu-N-H)化合物,在常压是蓝色的小晶体,加压之后会变成粉色,最后变成了红色。物体的颜色变化并不奇怪,而是自然事实的真实反映:材料颜色来自于核外电子速率伴生的波(电磁波),化合物颜色随着压力变化,说明核外电子速率在压力下发生了变化;压力小、分子间距适当外电子速率高、伴生波频率高、光色频率高(呈蓝色);随着压力增大、化合物分子间距离变小,分子外电子运转受到相互干扰、速率变小,伴生波频率降低、光色频率低(呈红色)。实验报告:化合物颜色随着压力由蓝变红,说明随着压力增大、化合物价和电子速率降低。
在1万个大气压之下,化合物价和电子速率越来越低,如同低温下电子速率降低的效果,造成了原子暂时缺失价电子的现象。核心就挪用相邻核心的价电子,相邻核心又挪用,所有的核心都向某一方向近邻挪用,于是形成外层电子公用。这种核外层电子公用的状态就是物质的超导态,核外层电子处于公用的状态的物体就是超导体。
压力之下,电子运转缓慢,形成了公用的电子流——超导电流。核心把公用电子流当成自己所需求的电子一部分,用核心的库仑力去顺势输运它,于是超导电流不仅不受到阻力,而且还获得了一份来自核心的输运力,形成了电阻为零的超导现象。
Dias团队的室温压力超导的呈现有物理依据、真实可信。今后除了低温超导,人类又研发了压力超导,并且压力超导比低温超导的制备相对容易,Dias团队研发的室温压力超导一定大有前途。
2023/3/10
参考文献
[1]晏成和,超导体导电原理,科学网
https://blog.sciencenet.cn/blog-73066-1136202.html
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