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超導性是那些幾乎具有魔力的特性之一,似乎違背了關於物理世界應該如何運作的所有直覺。在超導體中,電流可以無電阻地流動——電子像魚雷一樣不受阻礙地穿過材料,就像穿過無摩擦的海洋。在 1911 年發現這種現象後,荷蘭物理學家海克·卡末林·昂內斯 表明,在封閉的超導汞環路中的電流會在驅動電勢移除後仍然持續流動很長時間;他透過將這種持續電流從荷蘭帶到英格蘭來展示了他的發現。
從那時起,物理學家發現了基於其他金屬和甚至陶瓷的超導體。最新的進展是基於碳氫化合物的超導體,與元素金屬相比,它在相對較高的溫度下具有超導性。
這一發現來自一個日本研究團隊,他們在 3 月 4 日的《自然》雜誌上報道,烴分子芘,通常是一種半導體,當與鹼金屬(如鉀或銣)交錯時,會變成潛在的超導體。(《大眾科學》是自然出版集團的一部分。)當芘 (C22H14) 摻雜鉀時,它在相對較高的 18 開爾文(–255 攝氏度)下表現出超導性。雖然轉變溫度遠低於基於陶瓷狀氧化銅的超導體(在約 160 開爾文,或 –113 攝氏度下,電力可以無電阻地流動),但這一發現可能導致開發基於有機化學的新型高溫超導體。
久保薗芳博是日本岡山大學固態化學和物理學教授,也是該研究的共同作者,他說芘是超導烴的第一個例子。(研究人員在誘導嚴格的碳基化合物超導方面取得了類似的成功,例如透過用鉀摻雜富勒烯 C60。)碳氫化合物以其可燃性而非電學性質而聞名:汽油是碳氫化合物的混合物,包括熟悉的辛烷 (C8H18);美國約一半家庭取暖的天然氣主要成分是甲烷 (CH4)。
芘天然存在於煤焦油中,並在石油精煉的殘渣中發現,但久保薗和他的同事合成了用於這項新研究的化合物。芘分子是扁平的,它形成包含堆疊層的晶體。將該化合物與鹼金屬(如鉀)一起烹煮數天,將金屬原子引入碳氫化合物層之間,從而增強了其在平行於芘板的平面中的電導率。
久保薗說,他和他的同事現在正在用其他金屬摻雜芘——在新的研究中,該小組報告說除了鉀和銣之外,還嘗試了鈉和銫——以進一步提高材料的超導溫度。久保薗說,他們還在嘗試其他碳氫化合物,以看看哪些可以超導。
布萊恩·梅普爾是加州大學聖地亞哥分校的物理學家,他說這項研究是擴大超導領域,特別是在高溫範圍內的令人鼓舞的一步。“這只是另一個例子,說明如果你能將各種材料製成金屬,超導性在其中是多麼普遍,”他說。“總的來說,我認為這只是表明人們應該對透過尋找以前認為不太有希望的方向來發現具有更高轉變溫度的超導體持非常樂觀的態度。”