第295章 攻克室溫超導!
這種材料家族正是銥酸鹽,它之所以能夠引起徐瑞的注意,是因為它們的性質確實非常特別。
這一類材料通常具備層狀結構,有些類似於銅氧化物。
但銥的5d軌道卻是強關連的,具有很強的自旋軌道耦合。
另外,它們的晶體結構是低對稱性的,可以破壞空間反演對稱性,這也正是他們需要的性質。
不過銥酸鹽也並非真的算是完美的超導材料,一般來說,銥酸鹽往往是絕緣體或是弱超導體,這與他們的要求還是不相符的。
“看來還是需要對銥酸鹽進行改造啊。比如說引入載流子,進一步降低材料的對稱性。”
將靈感天賦開到最高,專心的思考了一會兒之後,徐瑞終於找到了一個大膽而又具備可行性的方法。
“對了……可以像扭曲雙層石墨烯那樣,對銥酸鹽也同樣進行雙層和扭曲的改造啊!”
一番計算,徐瑞越發覺得這樣的可能性是存在的。
雖然兩層銥酸鹽是非中心對稱的,但在經過相對旋轉之後,材料整體的對稱性就可以進一步的降低,從而增強自旋軌道的耦合效應和電子之間的關聯。
只是這項實驗操作的難度很大,實際進行起來恐怕不會有想象中的那麼容易。
正如徐瑞所擔心的那樣,隨著這項實驗開始,他們很快便遇到了新的問題。
本來他們是想用類似扭曲雙層石墨烯的撕裂-堆疊方法的,可是經過實驗驗證,這種方法並不適用於銥酸鹽。
因為銥酸鹽對空氣非常的敏感,在轉移過程中會氧化分解。
即使使用惰性氣體進行保護,實驗的成功率也非常之低。
而更困難的是角度的控制,石墨烯是一種原子級平整的二維材料,而銥酸鹽層卻是具有表面結構的,很難實現精確的角度對準。
經歷了上百次的實驗失敗,徐瑞也不得不重新審視這個實驗思路了。
為了做好這項實驗,徐瑞已經將自己的操作天賦提升到了三級,可是依然沒法做出滿意的效果。
“或許我們並不應該在銥酸鹽上面追求完美的扭曲雙層,而是利用好這種材料的內在屬性。”
重新審視銥酸鹽的晶體結構,徐瑞有些驚異的發現其實就算只是單層的銥酸鹽,也依然具有破壞空間反演的對稱性。
因為銥酸鹽的晶格是輕微扭曲的,這會導致它的空間群是手性的。
這樣想來,如果能生長出高質量的單晶薄膜,然後再透過應力進行調控,也很有可能達到同樣的效果。
隨後徐瑞便決定暫停之前的實驗,將注意力放在單層銥酸鹽的研究上面。
徐瑞的想法是,在襯底上施加各向異性的應變,從而進一步降低材料的對稱性,增強自旋軌道的耦合效應。
他們改用脈衝鐳射沉積技術,在鈦酸鍶襯底上生成材料薄膜,透過選擇不同的襯底取向,施加不同的應變。
這樣的方法確實起到了一些效果,至少在一部分實驗中,材料的確成功的實現了完全導電性。
只是材料的超導轉變溫度還並不是非常的盡如人意,僅僅有幾十K而已,距離室溫超導還有非常大的差距。
林嵩在看過這些實驗資料之後,提出可以考慮採用異質結的方式,讓原有的銥酸鹽變得更加複雜一些。
其他人對於林嵩的提議表現出不同的態度,不過徐瑞還是決定按照這個林嵩的想法去試一試。
一開始的時候,他們的改進方案並沒有起到好的效果,不僅沒有實現超導,甚至出現了非晶層的情況。
不過在不斷的最佳化之後,材料終於具備了完全導電性,超導轉變溫度也在不斷的升高著,一點一點的提升到了一百多K。
又是經過上百次的方案修改,他們已經對最終的設計方案感到滿意。
隨後,他們緊張的對材料的超導性質進行了測量。
由於材料的預期超導轉變溫度很高,他們甚至不需要對材料進行大幅度的降溫。
誇張一點兒說,只要在實驗室裡稍微開一點兒空調降溫,材料就有可能實現完全導電性了。
當然這樣小幅度的降溫其實也並不容易操作,他們必須把降溫速度放得非常緩慢,否則就有可能錯過關鍵的時刻。
這一次,實驗現象的確出現得非常非常迅速,僅僅在295K的時候,材料的電阻便已經開始下降了。
而在290K,材料的電阻值竟然就達到了0,具備了完全導電性的性質。
這樣的實驗結果,讓大家也顯得有些沒有準備,沒想到這一次的實驗會如此的順利。
畢竟他們之前已經經歷過太多次的實驗失敗了,突然出現一次成功的實驗,反而會讓大家覺得有些不適應。
“竟然真的是290K……小智的預測值竟然1K都不差啊!”
“室溫超導!這就是真正的室溫超導!”
“這麼多次的實驗失敗……我們終於找到室溫超導體了!”
包括徐瑞也同樣因為這次的實驗現象而感覺到興奮不已,這個困擾了人類多年的問題,如今真的被他們給解決了。
不過徐瑞還是很快冷靜了下來,知道這樣過於亢奮的狀態,是不利於他們進行研究的。
“大家都調整一下情緒,我們還需要把之後的實驗都完成才行。”
嚴格的說,完全導電性與超導體之間並不是完全等價的關係,因為這只是超導體的其中一項性質之一。
想要確定這種材料是嚴格意義之下的超導體,還需要更加確鑿的證據。
隨後他們繼續測量了材料的邁斯納效應,在290K附近,材料果然出現了完全抗磁性。
除了完全抗磁性之外,材料的超導能隙和手性等性質,也同樣指向這種材料就是一種嚴格的超導體。
做完了這些實驗,徐瑞他們終於可以好好享受一下這項實驗成果了。
不過這樣的享受也沒有持續太久,很快他們便從興奮的情緒中擺脫出來,更加深入的研究起了相關的超導機理。
這種290K超導材料的超導機制,與他們之前預測的理論是基本符合的,但也出現了一些全新的理論。
將這些成果整理好之後,徐瑞還是選擇對外公佈了這個訊息,當然一些具體的細節還是進行了模糊處理。
這個訊息很快引起了全世界的高度關注,畢竟室溫超導可是跨時代式的技術,其價值甚至是諾貝爾物理學獎都根本無法相比擬的,有著非常巨大的實際意義。
從此之後,人類文明甚至將走向一個全新的時代。
而這卻並不是徐瑞的終點,在未來,他還將繼續向其他的課題發起衝擊。