美国实验室解开超导体秘密：电力传输零能量损耗

超导体能够让电流无电阻流动，这意味着不会因发热而损失能量。

美国的研究人员揭开了高温超导体的秘密。

美国能源部阿贡国家实验室的研究人员发现，超氢化物结构的微小变化如何使其在接近室温但极端高压的条件下实现超导——这为设计更实用的超导体提供了线索。

"这些实验展示了升级后的先进光子源的能力。我们现在可以在极端压力条件下以前所未有的细节研究材料的原子级结构。"阿贡国家实验室物理学家马杜里·索马亚祖鲁说。

超导体使电流无电阻流动

研究人员揭示，超导体能够让电流无电阻流动，这意味着不会因发热而损失能量。这一特性使其在磁共振成像扫描仪、粒子加速器、磁悬浮列车以及某些电力传输系统等技术中具有应用价值。

不过他们也指出，大多数超导体仅在极低温度下才能工作——通常低于零下数百华氏度。将材料维持在这样的低温需要复杂且昂贵的冷却系统，这限制了超导体的应用范围。

如今，美国的研究人员朝着突破这一限制迈出了一步。他们对一类名为"超氢化物"的材料获得了新的认识——这类材料可以在约10华氏度（约零下12摄氏度）的较高温度下实现超导。

在这项新研究中，赫姆利及其同事探索了改变材料化学成分是否可以降低超导所需的压力。他们在镧超氢化物中加入少量钇，以使其更稳定并降低所需压力。

"为了达到这种极端压力，我们将一个微小样品挤压在两个金刚石之间。"先进光子源物理学家马杜里·索马亚祖鲁说。该团队的金刚石对顶砧装置可产生高达500万个大气压的压力。

在高压高温下形成超导材料

在高压高温条件下形成超导材料后，研究团队利用先进光子源的高能X射线（在16-ID-B和13-ID-D光束线）研究其结构。

"我们将一束强X射线聚焦到一个仅几微米厚、约十到二十微米宽的样品上。"芝加哥大学光束线科学家兼研究教授维塔利·普拉卡彭卡说。1微米大约相当于人类头发丝直径的七十分之一。

近期先进光子源的升级使这些测量成为可能。据新闻稿介绍，其更亮、更聚焦的X射线束使研究人员能够在改变压力的同时研究极小的样品。

"该光束使我们能够将来自微小样品本身的信号与来自周围材料和金刚石对顶砧的信号区分开来。"普拉卡彭卡说。

研究团队发现，晶格中原子的排列方式上的微小差异会强烈影响超导性。据新闻稿称，他们识别出两种不同的晶体结构，每种结构在略有不同的温度下转变为超导态。

"这些实验展示了升级后的先进光子源的能力。"索马亚祖鲁说，"我们现在可以在极端压力条件下以前所未有的细节研究材料的原子级结构。"

研究人员还指出，尽管实验中使用的压力仍然非常高——约为大气压的140万倍——但他们认为这是通往更远大目标的一部分。他们正在添加更多元素以进一步降低压力，目标是使这些材料具有实用性。

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