提升 18℃:常压 151K 超导温度新纪录,突破 30 多年极限

休斯顿大学与得克萨斯超导中心团队在PNAS发表成果,采用“压力淬火”法:在极低温下对汞基铜氧化物超导体HgBa2Ca2Cu3O8+δ(Hg-1223)施加约30万倍大气压后迅速卸压,将其常压超导临界温度从此前的133 K提高18 K至151 K(约−122 ℃),创下已知常压超导体的新纪录。该方法将高压下产生的超导相“锁定”在常压下,便于常规仪器研究和加速应用开发,但距室温(约300 K)仍有约140 ℃差距;研究团队指出此成果有助于降低输电损耗并推动超导技术商业化。

3 月 13 日消息,休斯顿大学(UH)于 3 月 10 日发布博文,宣布携手来自美国得克萨斯超导中心(TcSUH)的物理学家,打破了保持 30 多年的 133 开尔文旧纪录,创造了 151 开尔文(约-122℃)的常压超导转变温度新世界纪录。

该团队将水银化合物 Hg-1223 在接近绝对零度的环境下施加 30 万倍大气压并迅速降压,成功将其常压超导临界温度提升 18 开尔文,达到 151 开尔文(零下 122°C),创下高温超导体的新世界纪录。

图源:休斯顿大学官网截图

IT之家注:转变温度又称临界温度,是指材料的电阻突然消失、变为零的特定温度点,只要温度低于这个临界点,电流就可以在材料内部无损耗地流动。

自 1911 年发现超导现象以来,这是所有已知常压超导体中测得的最高温度。相关研究成果已于 3 月 9 日发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上。

这一突破主要归功于团队引入的“压力淬火”新技术。通常情况下,许多材料仅在极端高压下才表现出优异的超导性。

研究人员为了解决这一难题,首先对材料施加极高压力以提升其超导性能,随后在特定低温下迅速卸除全部压力。这种方法成功将高压下产生的超导特性“锁定”并保留下来,让材料在恢复常压后依然保持稳定。

提高超导临界温度一直是物理学界数十年的核心目标。科学家于 1993 年发现了一种汞基铜氧化物陶瓷(Hg1223),其常压超导温度达到 133 开尔文(零下 140 摄氏度),该纪录一直保持至今。

此次休斯顿大学团队将纪录大幅提升了 18 开尔文(151-133 开尔文)/18 摄氏度(零下 140 摄氏度变零下 122 摄氏度)。

论文第一作者 Liangzi Deng 表示,一旦材料能在常压下工作,科学家就能利用常规标准仪器对其进行深入研究,从而大幅降低研发门槛并加速技术的商业化应用。

距离约 300 K 的室温超导终极目标,目前的纪录仍有约 140 摄氏度的差距。尽管如此,该成果依然为未来的能源革命描绘了清晰蓝图。

论文通讯作者 Ching-Wu Chu 强调,目前电网在传输过程中会损耗约 8% 的电力,如果应用超导技术消除这些损耗,不仅能节省数十亿美元,还能大幅降低环境影响。

参考

  • University of Houston Physicists Break Superconductivity Temperature Record
  • Ambient-pressure 151-K superconductivity in HgBa2Ca2Cu3O8+δ via pressure quench

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