其實,室溫超導體的最核心關鍵并不在于研究其他超導材料的‘摻雜’手段上。
而是在于另一個方向。
即局域電子離域化,也就是所謂的凝聚態電子局域化構造上面。
事實上,在人類研究超導材料的歷史中,摻雜可以說是最為重要的一個手段。
以導電性為例,它主要是由載流子濃度和遷移率來決定。
從半導體芯片、單質硅等發展那里得來的經驗,要提高載流子濃度就得靠摻雜,或者門電壓注入、光注入等。
但摻雜必然導致雜質和缺陷增多,遷移率下降這一結果,于是就需要考慮二者的平衡與妥協。
尋找一個像半導體中n型摻雜的磷和硅結構和能級是如此的匹配的超導材料,是該領域所有學者幾乎都在做的事情。
絕大部分的超導材料,也都是這樣發現的。
適合的摻雜會提高超導材料的臨界溫度和臨界電流強度這些。
無論是低溫/高溫超導材料,無論是銅氧化物,還是鐵基超導材料,在研發的過程中都是通過對這些基礎材料摻雜其他元素來提升這些屬性的。
但是,人們并不知道在超導材料中,有哪種摻雜劑能夠達到半導體的‘硅摻磷’這樣完美契合的程度。
于是對超導材料的研究做法就是窮舉。
大家把元素周期表上的那一排排的元素一個一個試,總有一個或一些,能達到結構和能級的最優匹配。
然而材料學是一個相當復雜的領域,物質世界也是如此復雜,摻雜劑也遠不止元素。
就像鈣鈦礦abx3的a位就從原本的原子,變成了更為復雜的甲胺基一樣,思路一下就打開了,復雜度當然也就打開了。
這時候純靠窮盡法的參數掃描、堆人力物力的研究思路,面對無窮多的化合物基團,顯然會力不從心。
或許未來的ai和大數據推算是一個很好的解決辦法。
但凝聚態物理和強關聯電子體系告訴了徐川,這里其實還有另外一條路。
那就是材料的局域電子離域化!
也就是盡可能讓局域電子待在費米面附近,而不是深深地埋在原子內層。
只要讓材料的電子能夠穩定的帶在費米面附近,就能夠最大程度的引導電流的通過。
如何構建一個這樣的體系,就是實現室溫超導材料的真正關鍵了。
至于合成手段,以目前的技術來說,毫無疑問就是納米合成技術了。
只有細微到極致的納米材料合成技術,才能精準的操控材料表面的每一塊區域。
氧化銅基鉻銀系室溫超導材料就是通過納米技術合成的。
在特定的條件下,通過微調氧化銅晶體層表面的堆疊和扭曲,再摻入銀和鉻元素,可以使界面最大超電流根據電流方向而變化,并實現對界面量子態的電子控制,通過反轉電流的極性來改變量子態,進而實現超導。
不過遺憾的是,它仍然并不是‘狹義’上的室溫超導材料,需要一定的外部壓強來穩定費米面的電子離域化。最近轉碼嚴重,讓我們更有動力,更新更快,麻煩你動動小手退出閱讀模式。謝謝</p>