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超导性是那些几乎具有魔力的特性之一,似乎违背了关于物理世界应该如何运作的所有直觉。在超导体中,电流可以无电阻地流动——电子像鱼雷一样不受阻碍地穿过材料,就像穿过无摩擦的海洋。在 1911 年发现这种现象后,荷兰物理学家海克·卡末林·昂内斯 表明,在封闭的超导汞环路中的电流会在驱动电势移除后仍然持续流动很长时间;他通过将这种持续电流从荷兰带到英格兰来展示了他的发现。
从那时起,物理学家发现了基于其他金属和甚至陶瓷的超导体。最新的进展是基于碳氢化合物的超导体,与元素金属相比,它在相对较高的温度下具有超导性。
这一发现来自一个日本研究团队,他们在 3 月 4 日的《自然》杂志上报道,烃分子芘,通常是一种半导体,当与碱金属(如钾或铷)交错时,会变成潜在的超导体。(《大众科学》是自然出版集团的一部分。)当芘 (C22H14) 掺杂钾时,它在相对较高的 18 开尔文(–255 摄氏度)下表现出超导性。虽然转变温度远低于基于陶瓷状氧化铜的超导体(在约 160 开尔文,或 –113 摄氏度下,电力可以无电阻地流动),但这一发现可能导致开发基于有机化学的新型高温超导体。
久保薗芳博是日本冈山大学固态化学和物理学教授,也是该研究的共同作者,他说芘是超导烃的第一个例子。(研究人员在诱导严格的碳基化合物超导方面取得了类似的成功,例如通过用钾掺杂富勒烯 C60。)碳氢化合物以其可燃性而非电学性质而闻名:汽油是碳氢化合物的混合物,包括熟悉的辛烷 (C8H18);美国约一半家庭取暖的天然气主要成分是甲烷 (CH4)。
芘天然存在于煤焦油中,并在石油精炼的残渣中发现,但久保薗和他的同事合成了用于这项新研究的化合物。芘分子是扁平的,它形成包含堆叠层的晶体。将该化合物与碱金属(如钾)一起烹煮数天,将金属原子引入碳氢化合物层之间,从而增强了其在平行于芘板的平面中的电导率。
久保薗说,他和他的同事现在正在用其他金属掺杂芘——在新的研究中,该小组报告说除了钾和铷之外,还尝试了钠和铯——以进一步提高材料的超导温度。久保薗说,他们还在尝试其他碳氢化合物,以看看哪些可以超导。
布莱恩·梅普尔是加州大学圣地亚哥分校的物理学家,他说这项研究是扩大超导领域,特别是在高温范围内的令人鼓舞的一步。“这只是另一个例子,说明如果你能将各种材料制成金属,超导性在其中是多么普遍,”他说。“总的来说,我认为这只是表明人们应该对通过寻找以前认为不太有希望的方向来发现具有更高转变温度的超导体持非常乐观的态度。”