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IT之家 3 月 9 日?qǐng)?bào)道，超導(dǎo)材料是一種具有劃時(shí)代意義的材料，其應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，涵蓋醫(yī)療保健、能源傳輸以及量子計(jì)算等多個(gè)重要領(lǐng)域。然而，超導(dǎo)材料存在一個(gè)顯著的局限性——它們只能在極低溫度下工作，接近絕對(duì)零度，這一限制使得超導(dǎo)材料的潛力未能得到充分釋放。為了解決這一難題，科學(xué)家們一直在致力于開(kāi)發(fā)室溫超導(dǎo)材料，但始終面臨一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：超導(dǎo)性是否存在一個(gè)上限溫度？
這個(gè)問(wèn)題的答案對(duì)于確定超導(dǎo)體是否能在室溫下存在至關(guān)重要。例如，如果存在一個(gè)低于室溫的理論上限溫度，那么實(shí)現(xiàn)室溫超導(dǎo)體從根本上來(lái)說(shuō)是不可能的。近日，倫敦瑪麗女王大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)終于找到了答案。在他們的最新研究中，揭示了影響超導(dǎo)溫度上限的因素以及適合超導(dǎo)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(xì)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(duì)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(huì)圍繞固定位置振動(dòng)。這些振動(dòng)的速度取決于兩個(gè)關(guān)鍵因素：鍵強(qiáng)度和原子質(zhì)量，而這兩個(gè)因素又由量子力學(xué)和電磁學(xué)決定，而量子力學(xué)和電磁學(xué)則受到基本常數(shù)的制約。
通過(guò)對(duì)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(duì)固體材料中原子振動(dòng)的速度設(shè)定了嚴(yán)格的上限。這意味著材料中原子的集體振動(dòng)——即聲子的頻率存在一個(gè)最大可能值。在許多超導(dǎo)材料中，聲子在電子配對(duì)（庫(kù)珀對(duì)）過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用，從而實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)性。聲子的頻率影響這種配對(duì)的強(qiáng)度，進(jìn)而決定了超導(dǎo)性能夠發(fā)生的最高溫度（TC）。
由于基本常數(shù)對(duì)聲子頻率設(shè)定了上限，它們也對(duì)超導(dǎo)材料中TC的上限施加了理論限制。研究作者指出：“超導(dǎo)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)。”
利用這些基本常數(shù)，研究作者們確定超導(dǎo)性可以在100開(kāi)爾文到1000開(kāi)爾文的溫度范圍內(nèi)存在，這一TC的上限范圍包括了標(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)在理論上是可能的，這一事實(shí)令人鼓舞。它激勵(lì)我們繼續(xù)探索、實(shí)驗(yàn)，并突破可能的邊界?！毖芯咳藛T表示。他們聲稱(chēng)，他們的研究結(jié)果已經(jīng)得到了另一項(xiàng)獨(dú)立研究工作的驗(yàn)證。
IT之家注意到，該研究發(fā)表在《物理學(xué)雜志：凝聚態(tài)物理》上。
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