這個東西是磁懸浮列車的新希望

這是首次科學家在低溫非超導材料中實現了超導電性——一種零電阻的電導率現象。

這項新技術印證了一個在20世紀七十年代已經被提出卻至今從未被證實的概念。這項技術有望使得現存的低溫超導體成本降低並在高溫環境中更為高效，因此這項技術可以應用於核磁共振設備或磁懸浮列車中的低溫超導體。

磁懸浮列車運行原理

「超導電性的應用很廣泛，其中它最廣為人知的應用大概是在核磁共振成像中，」來自休斯頓大學的研究帶頭人朱經武說道。

然而，如果超導材料的商業獲利性更強，它們可能會徹底改變其他一系列的工業。低溫超導體不僅僅能應用於超快速、無摩擦的交通系統，如磁懸浮列車和超級高鐵，它們也能應用於電力網路，使其整體變得更有效率。

目前，我們使用的輸電材料在把電力從發電廠輸送到家庭的過程中會有高達10%的能源損耗。但低溫超導體不會耗損任何的電力，因此公用事業公司能夠在無需生產更多電力的情況下，把更多的能量提供給我們。

所有這些應用面臨的障礙是商業低溫超導體需要降溫至約-269.1攝氏度，從而達到零電阻，這個過程將耗費極大的資金和能源。

尚在實驗室接受檢測的低溫超導體中，即使是性能最好的超導體也還不能達到約-70攝氏度的溫度。研究人員正努力達到那個更近於室溫的臨界溫度（Tcs）。

數十年後，科學家想到了一個更好的方法去提升超導電性的溫度——也就是找一個方法在非超導材料中產生超導電性。

這個想法是：如果研究人員能夠找到把常規材料變得具有超導電性的方法，就相當於為製造在更高溫下運行的超導材料打開了一扇新大門。

如今，休斯頓大學的團隊已經邁出了第一步，他們在一種材料的兩個階段的交界處（人們熟知的臨界面）引出了超導電性。

他們在一種非超導材料——砷化鈣鐵(CaFe2As2)中實現了超導電性。

「要達到提高後的臨界溫度，就要利用一種長期有效的、 利用人工或自然組合成的臨界面，」研究人員寫道。

「目前工作清晰地表明：通過反鐵磁性/金屬的層板堆積可以引出人們熟知的非超導複合物砷化鈣鐵中的高臨界溫度，這為達到複合物中被提高的臨界溫度提供了最直接的依據。」

那它是怎麼起作用的呢？20世紀七十年代 ，科學家首次提出了這樣一個概念：從兩種材料結合的界面上，可以引出甚至提高超導電性。

儘管很多研究團隊企圖證明這個概念是有用的，過去達到超導電性的實驗都不能排除壓力或化學摻雜對結果產生的影響。 因而那些影響至今才得到確認。

為了查證實際發生了什麼，休斯頓研究人員在環境壓力下對已使用過的無摻雜的砷化鈣鐵進行研究。

然後他們把材料加熱到350攝氏度，以進行一種叫熱處理的程序，進行了此項程序後，加熱後的材料會緩慢變涼。

由於此過程中砷化鈣鐵的變涼進度不均衡，就會產生兩種截然不同的階段。

在這兩個階段中都不會產生超導電性，團隊只有在這兩個階段共有的節點上才能檢出超導電性，這證實了界面學說是真實存在的。

砷化鈣鐵在約25開爾文時達到了超導電性，即是約-248.15攝氏度，所以它還是不能廣泛地應用與工業中。

下一步就是使用同樣的程序去尋找提升現存的高溫超導體在臨界點的效能的方法。

在這項技術實現商業化前，我們還有很長的一段路要走。不過，目前這一步是邁向發展未來更廉價、更優質的超導材料的充滿希望的一步。

本項研究已發表於《美國國家科學院院刊》上。

蝌蚪五線譜編譯自sciencealert，譯者 李二寶，轉載須授權

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