就在最近的一个月,曾风靡全球的ChatGPT热度随之下降;突然爆火的学术新话题“常温超导”则震惊了我们所有人。
韩国科研团队上传了两篇论文称,成功合成了世界上第一个室温常压超导体;
据悉,这种材料主要是改性铅磷灰石晶体结构(简称LK-99,一种掺杂铜的铅磷灰石)。
如今距离人类首次发现超导现象已经有100多年,因此室温超导总能引发公众狂热。
1911年,荷兰物理学家Heike Kamerlingh Onnes就已经发现,当温度降低至4.2K(约-268.95℃)时,浸泡在液氨里的金属汞的电阻会消失。
2020年,美国内华达大学的研究人员就称其开发出了一种室温超导材料,并成立了一家名为Unearthly Materials来进一步开发。
2023年3月份,来自美国罗切斯特大学的物理学家 Ranga Dias 声称自己在 21℃条件下实现了室温超导——由氢(99%)、氮(1%)和纯镥制成的材料 LNH 在 21°C、1GPa 条件下就实现了超导状态。
或许大多数人只知其一,不知其二。
首先,我们先来了解什么是解常温常压超导体?
它是指在低温条件下(通常是接近绝对零度),电阻完全消失的材料,电阻是导致能量损耗和热量产生的原因之一,而超导材料能够以零电阻的方式传导电流;这种特性使得超导材料在电力输送、磁场应用、粒子加速器、磁共振成像等领域具有重要的应用价值。
其中,超导材料的超导现象是由发现者之一荷兰物理学家海克·卡末林·奥斯特瑞格在1911年首次观察到的,超导材料通常需要冷却到非常低的温度,才能实现超导状态;但近年来,一些高温超导材料被发现,在相对较高的温度下(比液氮温度稍高)也能表现出超导性质,这为超导威廉希尔官方网站 的发展和应用提供了更多可能性。
尤其,常温常压超导体最大亮点便是摆脱了极低温和超高压限制,韩国团队宣称新发现的LK-99,在常压和127℃的条件下,具备超导体的“零电阻”和“完全抗磁性”。
LK-99化学式写作
与此同时,LK-99是由铅磷灰石稍加变动的六方结构,引入了少量的铜,使其可以在127摄氏度以下表现出超导性:
室温超导体LK-99的独特之处在于其极高的临界温度,超过了摄氏30度;这意味着它可以在常温环境下实现零电阻传导电流,而无需额外的冷却设施,这一突破性的特性将彻底改变现有的能源输送和存储方式。
另外,室温超导体LK-99能够显著提高电力输送的效率。由于使用LK-99的电线几乎没有电阻,电力传输损失大大降低;这意味着能源可以更有效地从发电厂传输到消费者,减少了能源浪费和环境影响,此外,由于电线中的能量损失减少,也降低了电线过热引发火灾的风险。
其次,LK-99的应用还涉及到医学和科学领域。在核磁共振成像(MRI)等医疗设备中,室温超导体的使用将显著改善图像分辨率,并提高诊断的准确性;在科学研究中,它将推动实验设备的进一步发展,加快各个领域的创新。
除此之外,室温超导体LK-99也将对交通运输产生重大影响,其在电动车辆中的应用将使电池充电速度更快、行驶距离更远,从而提升电动车的实用性和普及度;且,LK-99的应用还有助于开发高速磁悬浮列车等新型交通工具,提高交通效率和舒适度。
图片来自:Google
值得一提的是:常温常压超导体被视为现代物理学的“圣杯”之一;若实验结果能够复现,无疑将在能源、交通、计算、医疗检测等诸多领域产生变革。
更高效的能源传输、转换与存储:超导材料利用零电阻的特性,可以无损耗地传输电力,使得能源传输效率、稳定性和可靠性极大提升。
更高速的交通方式:超导材料带来电能传输效率的提升和磁悬浮列车降低成本的可能,将直接影响高速交通方式变革。
更快的信息处理速度:超导材料在低温环境下具有高度的量子特性,可用于构建量子计算机,运算速度远超现有计算机,或将在信息处理领域带来巨大变革。
更先进的治疗手段:超导材料在医学领域具有广泛的应用,例如MRI、超导线圈等。常温常压下超导材料的出现,将为医疗设备的小型化和便携化提供可能,推动医疗威廉希尔官方网站 的发展。
特别是针对半导体产业链而言,超导电阻的驱零性,可完美解决散热问题:
这时的功率应该取决于与非门最低驱动电流是多少,到时候电子元件可以做得更小,几乎可以忽略散热问题。
芯片设计解决了,封装自然也不能落下。
传统封装材料无法有效抑制芯片周围的电磁干扰,可能导致芯片性能下降。
而使用常温超导材料作为封装材料,可以提供更好的电磁屏蔽效果,减少外部电磁信号对芯片的干扰,提高芯片的工作稳定性和可靠性。
亚瑟·克拉克曾说过:“任何足够先进的科技,在大众眼里都与魔法无异”。
简单来说,这一颇具科幻色彩的威廉希尔官方网站 ,能在常温下让电子飞快通过,没有电阻,没有能量消耗,将颠覆现有电力系统。
发展至今,超导体的实际应用基本局限于磁悬浮等少数特定场景下,原因在于:它通常需要被冷却至极低温,且需要施加极高的压力才能成为超导态;此次韩国研究团队也提到,自昂内斯发现超导性以来,科学家们一直在寻找室温超导体。
时至今日,全球之所以对室温超导材料关注如此密切,正是因为这项威廉希尔官方网站 一旦得到突破,将有可能彻底改变科学和威廉希尔官方网站 的各方面。
审核编辑:刘清
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原文标题:室温超导“热潮”已掀开,芯片行业或将迎来剧变!
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