众所周知,超导体是是指在低温环境下有一段特定的临界温度,超过这个温度之后就会丧失超导性。
而近日德国马克斯·普朗克研究所的一组研究发现了一种通过激光脉冲诱导超导现象的新方法,可以让这些超导材料在比传统冷却条件下显著更高的温度之下一些材料仍然超导的现象。
这个发现可能扩展超导体在室温范围内工作的可能性,甚至有可能让我们以后的生活变得更加智能和便捷。
那么激光脉冲如何使超导现象产生,并且还支持更高的温度?
光诱导超导。作为一名物理学家,Laszlo Tisza曾在1962年首次提出这个现象,但直到1970年代Y.B. Kim和其他物理学家才评估了这个效应的意义,发现它是如何在钇钡铜氧化物中诱导超导性的。
这种“激光诱导”的超导现象被称为光诱导超导,研究人员将其应用于钇钡铜氧化物,这是一种非常复杂的化合物,常用来制造超导材料。
通常情况下,钇钡铜氧化物在-183摄氏度时不会显示出任何超导特性,但在将样品冷却到-253摄氏度时,它会突然降至接近绝对零度的温度。
着眼于更高的工作温度,这组研究小组进行了实验,在实验室内观察到了超导材料比-253℃高近50℃的温度下出现的仍有排斥外部磁场的能力,这种被称为迈斯纳效应的现象是高温超导体的特征之一。
这意味着通过激光脉冲的方法确实扩展了钇钡铜氧化物的区域,这种新颖的方法是通过旁观者晶体(observer crystal)和激光脉冲来达到更高精度进行磁场测量的。
旁观者晶体是一种被动探测器,用作激光系统的重要组成部分,可以在极短的时间间隔内检测到微小的磁场变化。
在实验过程中,研究团队将激光脉冲聚焦于样品上,同时观察到样品周围的旁观者晶体中产生了巨大的瞬时磁场变化,这些变化被极速捕捉并记录下来,为更高精度的测量提供了可能。
研究处于基础阶段。这一发现是基础科学中的一个重要里程碑,并为未来的应用铺平了道路。
然而,这一发现是处于基础阶段,离可用于日常生活还有很长一段时间需要进行大量的研究和发展。
尽管距离近室温超导仍有很远的距离,但如果他们能够优化激光脉冲的特性,那么在不久的将来可能会朝着这个方向发展。
如果实现这一目标,钇钡铜氧化物将成为新型高速电子设备的新材料,使我们的生活变得更加智能和便捷。
图片中展示的是一个热成像图,显示了一个钇钡铜氧化物样品(YBCO sample)在室温下(约23°C)未在超导状态下显示热图像,在-50.4°C处(其中观察到了超导现象),显示出其激发后发出非常强烈的热信号。
这张热成像图清晰地表明了金属氧化物中温度变化与激发状态之间的直接关系,为光诱导超导提供了重要证据。
根据亚历克斯·科尔迈尔(Alexei Golubov)的说法,光诱导超导这一现象通常发生在具有低临界温度(low transition temperature)且是在非常低的温度下进行基础研究的材料中,因此,该研究主要基于理论模拟。
然而,这一突破性的发现可能会永久改写我们对三维超导体系中光作用机制的理解。
尽管超导体几乎没有损耗电流并能承受大量电流,通过它建立强大的磁场并提高潜热能量储存能力,但其雄心勃勃的科学应用在日常科技产品中仍缺乏进一步应用。
未来展望。这一新的发现也为未来的发展提供了广阔的想象空间。
研究人员可能会考虑将这种光诱导的方法应用于其他材料,寻找是否存在其他材料也具备这种能力,有望利用这种方法成为室温超导体。
此外,激光脉冲控制技术也许还可以进一步应用于其他领域,例如生物医学成像或治疗技术等。
超导材料通常被认为是用于建造下一代量子计算机等先进设备的理想选择,如果可以通过其他方法实现更高温度下的超导,可能会促进量子计算机等技术的发展。
然而,目前,这项研究仍处于基础阶段,离实际应用还有很长时间,需要进行大量的后续基础研究。
随着科学技术的发展和新材料的不断发现,我们有理由相信未来有一天这一发现将得到广泛应用。