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IT之家 3月9日報道，超導(dǎo)材料是一種具有革命性意義的材料，其應(yīng)用范圍涵蓋醫(yī)療保健、能源傳輸以及量子計算等多個領(lǐng)域。然而，超導(dǎo)材料存在一個顯著的局限性——它們只能在接近絕對零度的低溫環(huán)境下工作，這一限制使得超導(dǎo)材料的潛力未能得到充分發(fā)揮。為此，科學(xué)家們一直在致力于開發(fā)室溫超導(dǎo)材料，但始終面臨一個關(guān)鍵問題：超導(dǎo)性是否存在一個上限溫度？
這一問題的答案對于確定室溫超導(dǎo)體的存在至關(guān)重要。例如，如果存在一個低于室溫的理論上限溫度，那么室溫超導(dǎo)體從根本上來說就不可能實現(xiàn)。近日，倫敦瑪麗女王大學(xué)的研究團(tuán)隊終于給出了答案。他們的最新研究揭示了影響超導(dǎo)溫度上限的因素，以及超導(dǎo)材料中適合的最高溫度范圍。
研究作者指出，基本物理常數(shù)在其中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，包括電子質(zhì)量、普朗克常數(shù)（h）、電子電荷以及精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)（α）。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”等眾多現(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鍵強(qiáng)度和原子質(zhì)量，而這些因素又由量子力學(xué)和電磁學(xué)決定，進(jìn)而受到基本常數(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(yán)格的上限。這意味著材料中原子的集體振動（即聲子的頻率）也存在一個最大可能值。在許多超導(dǎo)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(dǎo)性。聲子的頻率影響這種配對的強(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)對聲子頻率設(shè)定了上限，它們也對超導(dǎo)材料中TC的上限施加了一個理論上的限制。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)?！?/p>
利用這些基本常數(shù)，研究作者確定超導(dǎo)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(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，這一發(fā)現(xiàn)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《物理評論：凝聚態(tài)物理》上。
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