溫室超導體新希望!美國科學家在隕石中發現超導材料

2020-03-31   GET資訊

美國科學家在兩塊不同的隕石中發現了超導材料,這是超導材料在太空中形成的第一個證據。這一發現的重要意義不僅在於它是罕見的天然形式的超導材料,還為人類尋找室溫超導材料點燃了新希望。

超導材料即超導體,指在某一溫度下,電阻為零的導體。在實驗中,若導體電阻的測量值低於10Ω,可以認為電阻為零。而超導體不僅具有零電阻的特性,還可以完全抗磁性。因此超導體在傳輸過程中幾乎沒有能量耗損,還能在每平方厘米上承載更強的電流。而一般常規材料,在導電過程中都會消耗大量能量。然而,目前大多數超導體僅在接近絕對零度的溫度下工作。



領導研究的加州大學聖迭戈分校物理學教授舒勒及其團隊,研究15顆彗星和小行星等太空隕石,結果在於1911年發現的澳洲隕石Mundrabilla和另一顆隕石GRA 95205中找到超導晶體。團隊首先利用名為磁場調製微波光譜的技術,將隕石樣本細分並測量,令它們分離出包含最大超導效率的晶體。當他們把晶體冷卻至攝氏零下267.7度時,晶體便出現超導電性能。

研究者一向來試圖在實驗室製造超導材料,此前部分科學家也曾認為,太空中的一些極端環境——尤其是天文事件下極端的高溫和壓力,可能會讓物質產生特殊的相,以此或許可以期待太空的特殊環境形成超導材料。對地球上的人們來說,隕石就是一個「從天而降」的絕佳研究對象。但長期以來,一直還未有研究在隕石中發現類似超導化合物的報告。

鑒於此,來自加州大學聖地亞哥分校、美國布魯克海文國家實驗室的研究人員,為尋找太空樣品中的超導現象,利用一種叫做磁場調製微波光譜的技術(MFMMS,一種主要用於尋找超導現象的高靈敏度技術),對來自15種不同隕石的碎片進行了詳細研究。



研究者瓦普勒說:「天然存在的超導材料是不尋常的,但它們特別重要,因為這些材料在地外環境中可能是超導的。」研究人員細分並測量了單個樣品,使他們可以分離出最大超導分數的晶粒。接下來,研究小組通過一系列科技來表征這些晶粒,包括振動樣品磁力法、能量色散X射線光譜法和數值方法。研究者瓦普勒解釋道:「這些測量和分析確定了可能的相為鉛,銦和錫的合金。」

研究人員將隕石的相表征為鉛、錫和銦的合金。他們指出寒冷環境中的超導粒子會影響行星的起源、磁場的形狀、發電機效應和帶電粒子的運動等等。據著名的化學和生物化學教授蒂門斯稱,在極端前提下形成的隕石是觀察外來化學物種的理想選擇,比方超導體,它是導電或無阻傳輸電子的材料。超導材料很獨特,並存在於這些地外小行星上。



人類最初發現超導體的時間是在1911年,現在已經由去了一百多年,科學家還在探索低壓、高溫下實現材料超導性的方法並將其用於生活中。現在這一結果還僅僅是初步階段,但已經足以說明隕石不僅僅是從天而降的太空碎片——它們還攜帶了人類從未見過的、可能比太陽系本身還古老的物質。這些隕石當初在極端溫度和壓力下形成,這種前提遠遠超越了地球上任何實驗室的能力,因此,它們會是人類尋找新化合物的理想沃土。