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IT之家 3 月 9 日報道，超導材料是一種具有劃時代意義的材料，其應用領(lǐng)域十分廣泛，涵蓋醫(yī)療保健、能源傳輸以及量子計算等多個重要領(lǐng)域。然而，超導材料存在一個顯著的局限性——它們只能在極低溫度下工作，接近絕對零度，這一限制使得超導材料的潛力未能得到充分釋放。為了解決這一難題，科學家們一直在致力于開發(fā)室溫超導材料，但始終面臨一個關(guān)鍵問題：超導性是否存在一個上限溫度？

這個問題的答案對于確定超導體是否能在室溫下存在至關(guān)重要。例如，如果存在一個低于室溫的理論上限溫度，那么實現(xiàn)室溫超導體從根本上來說是不可能的。近日，倫敦瑪麗女王大學的研究團隊終于找到了答案。在他們的最新研究中，揭示了影響超導溫度上限的因素以及適合超導性的最高溫度范圍。

研究作者們深入分析了基本物理常數(shù)的作用，包括電子質(zhì)量、普朗克常數(shù)、電子電荷以及精細結(jié)構(gòu)常數(shù)。這些常數(shù)“決定了從原子穩(wěn)定性到恒星形成以及對生命至關(guān)重要的碳和其他元素的合成”等諸多現(xiàn)象。例如，在任何固體中，原子由于熱能會圍繞固定位置振動。這些振動的速度取決于兩個關(guān)鍵因素：鍵強度和原子質(zhì)量，而這兩個因素又由量子力學和電磁學決定，而量子力學和電磁學則受到基本常數(shù)的制約。

通過對這些常數(shù)如何影響原子相互作用的分析，研究作者們發(fā)現(xiàn)，這些常數(shù)對固體材料中原子振動的速度設(shè)定了嚴格的上限。這意味著材料中原子的集體振動——即聲子的頻率存在一個最大可能值。在許多超導材料中，聲子在電子配對（庫珀對）過程中起著至關(guān)重要的作用，從而實現(xiàn)超導性。聲子的頻率影響這種配對的強度，進而決定了超導性能夠發(fā)生的最高溫度（TC）。

由于基本常數(shù)對聲子頻率設(shè)定了上限，它們也對超導材料中TC的上限施加了理論限制。研究作者指出：“超導溫度TC的上限與自然的基本常數(shù)——電子質(zhì)量、電子電荷以及普朗克常數(shù)——內(nèi)在相關(guān)?！?/p>

利用這些基本常數(shù)，研究作者們確定超導性可以在100開爾文到1000開爾文的溫度范圍內(nèi)存在，這一TC的上限范圍包括了標準室溫值，即293 K到298 K（20到25攝氏度）。

“鑒于我們宇宙的常數(shù)，室溫超導在理論上是可能的，這一事實令人鼓舞。它激勵我們繼續(xù)探索、實驗，并突破可能的邊界?！毖芯咳藛T表示。他們聲稱，他們的研究結(jié)果已經(jīng)得到了另一項獨立研究工作的驗證。

IT之家注意到，該研究發(fā)表在《物理學雜志：凝聚態(tài)物理》上。

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